專利名稱：動物廢物流出物的處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及污泥整治，更具體地，涉及如動物廢物之類的污泥轉(zhuǎn)變?yōu)閮r(jià)值增加的材料，例如肥料。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代城市污水廢物處理廠采用傳統(tǒng)的機(jī)械和生物方法，以便在總體效果上是將水污染問題轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w廢物處理問題(污泥)的過程中回收利用廢水。在一個(gè)典型的現(xiàn)代處理廠，將大的物體與粗砂分離。然后廢水進(jìn)入初級沉淀池，該池除去50-70％懸浮固體和25-40％BOD。然后，污泥與研磨篩余物進(jìn)行厭氧消化。廢水再流到曝氣槽，在該槽中膠狀和溶解的有機(jī)物通過微生物，主要是細(xì)菌的需氧生長轉(zhuǎn)化成氣體(主要是二氧化碳)和細(xì)胞團(tuán)塊。細(xì)胞團(tuán)塊在二次沉淀步驟中被除去，并進(jìn)行厭氧消化。另外，最終的生物步驟通過將氨轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，再轉(zhuǎn)化成氮?dú)舛鴾p少了流出物的氮含量。該方法還產(chǎn)生生物污泥。使結(jié)合的污泥增稠，提高其固體含量，并進(jìn)行厭氧消化。消化的主要目的是減少污泥的有機(jī)含量、體積和氣味，并降低病原微生物的濃度(Metcalf &Eddy 1979，U.S.EPA 1979，Arora 1980，F(xiàn)ederal Register 1989)。厭氧消化的脫水污泥是污水處理廠的最大固體輸出，并帶來了較大的處理問題。
在歷史上，因?yàn)楫a(chǎn)生這些污泥的體積極其龐大，所以常規(guī)城市污水處理產(chǎn)生的微生物污泥固體的處理成本一直很高。這些污泥含有很大部分的揮發(fā)性固體(VS)，并保留大量的水(干燥前70-85％)。由于廢物體積龐大，因此運(yùn)輸和處理的成本也相當(dāng)高。最近，由于垃圾填埋的可用性不斷降低，所以通過傳統(tǒng)垃圾填埋法處理這些微生物污泥的成本急劇增加。在某些地區(qū)，生物污泥完全被禁止用垃圾填埋法處理，因?yàn)槠渚哂懈呶廴灸芰Α?br> 考慮到污水處理產(chǎn)生的微生物污泥的處理成本不斷增加，人們努力尋找能替代垃圾填埋處理的技術(shù)，例如為了減少需要處理的廢物的體積，可進(jìn)一步減少污泥含水量的技術(shù)。公眾對燃燒過程中可能產(chǎn)生的有害排放物以及所得灰分可能的重金屬污染這些問題的關(guān)注，降低了燃燒處理(Samela等人，Environmental Aspects of the Combustionof Sewage Sludge in a Utility Boiler，Environ.Progress，5110，1986)作為城市污水污泥處理選擇方案的接受度。由于生物活性產(chǎn)生甲烷，殘余的揮發(fā)性固體導(dǎo)致有機(jī)物污染地下水，所以污水污泥的土地應(yīng)用也是難以解決的問題。
處理給定量污泥的成本通常很高，并且越來越高。此外，現(xiàn)有處理廠負(fù)擔(dān)的增加也導(dǎo)致處理成本急劇增加。對廢水處理質(zhì)量的環(huán)境要求越來越多，于是造成方法更加復(fù)雜，該更加復(fù)雜的方法產(chǎn)生更大的微生物量需要處理。參見Laughton，P.J.，“Upgrading a WaterPollution Control Plant to Meet Stringent Effluent DischargeRequirements”，Water and Pollution Control，11714(1979)。廢水流中較高的有機(jī)污染物負(fù)荷量對處理方法產(chǎn)生了較高的壓力，這樣常常降低有機(jī)除去效率。參見Mungsgaard等人，“Flow and LoadVariations at Wastewater Treatment Plants”，J.Water PollutionControl Fed.，522131(1980)。
這種效率降低使污泥脫水性能變差，大大增加廢物的水含量和體積。參見Rutherford等人，“Realities of Sludge Dewatering”，Proceedings of the National Conference on Municipal TreatmentPlant Sludge Management，奧蘭多，佛羅里達(dá)州，(1986)。最終，脫水效率降低需要增加使用有利于脫水的有機(jī)聚合物。參見Novak等人，“Mixing Intensity and Polymer Performance in SludgeDewatering”，J.Environ.Bngineer，1141(1988)；Bandak等人，“Polymer Performance in Sludge Conditioning”，Proceedingsof the Eighteenth Mid-Atlantic Industrial Waste Conference，蘭開斯特，賓夕法尼亞州(1986)；Doyle等人，“Sludge ConditioningWith Organic Polyelectrolytes”，Proceed.of the Nat′I.Conf.on Municipal Treatment Plant Sludge Management，奧蘭多，佛羅里達(dá)州(1986)。增加聚合物使用量提高了處理成本，增加了廢物流的有機(jī)負(fù)荷量。最終的結(jié)果是，當(dāng)現(xiàn)有處理廠必須應(yīng)對增加的負(fù)荷量和清除要求時(shí)，污泥處理的量與成本會不成比例地增加。
最近的研究常常支持通過改進(jìn)脫水減少廢物體積的作法。參見Knocke等人，“Effect of Mean Cell Residence Time and ParticleSize Distribution on Activated Sludge Vacuum DewateringCharacteristics”，J.Water Pollution Control Fed.，581118(1986)；Barraclough等人，“Start-Up Optimization of theMechanical and Chemical Parameters Influencing the DewateringPerformance of a Gravity Belt Filter Press Operation”，Proceedings of the Eighteenth Mid-Atlantic Industrial WasteConference，Blacksburg，Va.(1986)；Katsiris等人，“Bound WaterContent of Biological Sludge in Relation to Filtration andDewatering”，Water Res.211319(1987)；Harries等人，“Designand Application of a Modern Solid/Liquid Separation Plant”，S.African Mech.Engin.，37481(1987)；Cobb等人，“OptimizingBelt Press Performance at Smurfit Newsprint”，TappiProceedings-1987 Environmental Conference，波特蘭，俄勒岡州。但是，如果這種脫水不減少污泥的揮發(fā)性部分(“VS”)，污泥的污染能力就不會改變。
厭氧消化的污泥含有約40％-75％VS。未消化污泥的VS含量甚至更高。參見Downing等人“Used-Water Treatment Today and Tomorrow″，Ecological Aspects of Used-Water Treatment，Vol.2，C.R。Curds和H.A.Hawkes，Eds.(1983)；Ramalho，Intro.to WastewaterTreatment Processes，2nd ed.N.Y.Academic Press(1983)。很明顯，仍然有可能進(jìn)一步減少污泥的體積。
一般而言，其他動物廢物，例如牛、羊和雞的廢物也以類似方式處理。最近，這些污泥通常被轉(zhuǎn)化成肥料。但是，這樣的轉(zhuǎn)化并不容易。例如，豬糞和尿含有或產(chǎn)生氨、硫化氫、甲烷、硝酸鹽、三鹵甲烷、霉菌孢子和其他污染物。源于動物和植物組織的動物臭氣和腐敗氣體通常存在于豬圈內(nèi)及其周圍。腐敗物產(chǎn)生了氣味極濃的氣體和化合物，如氨、氨基酸、芳族脂肪酸、代謝物、硫醇和硫化氫。一個(gè)廢物管理系統(tǒng)必須解決這些散發(fā)氣味的物質(zhì)，更重要地，必須除去活的有害微生物，例如排泄物大腸菌，其中當(dāng)然包括大腸桿菌。
如聲處理之類的多種技術(shù)用于破壞有害微生物，例如像US 6 039867中描述的技術(shù)。該專利描述了以“聲波束”重復(fù)和多通道方式使用700-1000瓦聲處理。聲處理的副作用是加熱。例如US 4 340 488描述的聲處理據(jù)說將污泥加熱到70攝氏度，這個(gè)溫度曾被描述是殺死微生物的非常理想的特征。US 4 944 886、4 477 357和5 380 445可以見到其他的聲處理方法。聲處理的一個(gè)目的是殺死盡可能多的微生物，同時(shí)用聲能加熱污泥。例如US 5 380 445強(qiáng)調(diào)指出，55攝氏度是破壞的“最有效”溫度。
聲處理也影響溶解的氣體。當(dāng)被作為除去溶解的氣體來認(rèn)識時(shí)，這一屬性一般還沒有與利用聲處理本身的氣體控制的其他方法結(jié)合使用。另一個(gè)未得到正確評價(jià)或被忽略的問題是，這些專利所描述的采用聲處理破壞微生物是不明確的。在這個(gè)問題上很不幸地，異養(yǎng)生物通常是所希望，并且通過除去毒素并通過與不希望的生物競爭來幫助污泥解毒。最后，阻礙污泥作為增值產(chǎn)品(例如肥料)進(jìn)行更廣泛再循環(huán)的主要問題是，需要將非常濕的材料運(yùn)到干燥和制粒站。還有，大部分微生物消滅方案需要極高的能量，并且常常采用加熱殺死微生物并干燥污泥進(jìn)行造粒。能夠降低能量成本、改進(jìn)脫水和/或優(yōu)先除去不希望的微生物的任何方法或系統(tǒng)，都能夠改進(jìn)成本結(jié)構(gòu)，以更有效更廣泛地利用污泥再循環(huán)。
通常，專利文獻(xiàn)中所述的污泥處理經(jīng)常是實(shí)驗(yàn)室方法和設(shè)備的按比例擴(kuò)大，這些方法與設(shè)備雖然適合于基礎(chǔ)研究，但經(jīng)常難以解釋大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)問題。更合適的技術(shù)(例如利用污水池和大規(guī)模微生物轉(zhuǎn)化的方法和設(shè)備)往往需要非常大量的時(shí)間、空間和資金，以將污泥轉(zhuǎn)化成可使用的形式，一般用作遠(yuǎn)處的肥料。
本發(fā)明的簡要說明一個(gè)具體實(shí)施方案是一種從濕污泥中除去揮發(fā)性氣體的方法，該方法包括添加沸石至濃度為每加侖污泥至少0.05克沸石；用超聲波能量處理，以從污泥中釋放揮發(fā)性氣體，以便與沸石結(jié)合；通過絮凝作用除去沸石。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，每加侖添加1-20克沸石。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，每加侖添加10-250克沸石。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，每加侖添加0.2-2.5克沸石。
另一個(gè)具體實(shí)施方案是一種使污泥廢物流中厭氧細(xì)菌失活的方法，該方法包括往廢物流中添加沸石，往廢物流中添加氧化劑，用強(qiáng)超聲波能量處理被氧化的廢物流，并通過絮凝作用除去廢物流中的固體。氧化劑可以在用強(qiáng)超聲波能量處理之前或之后添加，沸石也可在強(qiáng)聲處理之前或之后添加。在一種有利的方法中，首先用足夠的超聲波能量溶解至少10％、25％、50％、65％、75％、85％、90％、95％或更多的細(xì)菌，然后添加氧化劑，并培養(yǎng)至少15秒、30秒、1分鐘、2分鐘、5分鐘、10分鐘或更長，接著除去固體。
本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施方案是一種將含水污泥經(jīng)濟(jì)濃縮成更有用形式的低能量方法，該方法包括向污泥中添加沸石，使用每克污泥中的固體為0.001-8.0瓦時(shí)的超聲波能量處理污泥-沸石混合物，往經(jīng)聲處理的污泥中添加絮凝劑，并將用絮凝劑處理的污泥放在土工織物(geotextile)中脫水。
另一個(gè)具體實(shí)施方案是一種污泥物流處理系統(tǒng)，用于選擇性地將厭氧細(xì)菌失活，并產(chǎn)生小的固體顆粒，該系統(tǒng)包括具有含水污泥輸入和氧化劑輸入的物流、泵、氧化劑、高于1千瓦輸出功率的超聲波發(fā)生器、以及輸出，其中污泥含有0.1-10％的固體材料，并且作為物流以每分鐘至少1加侖的流動速度進(jìn)入并通過處理設(shè)備。
另一個(gè)具體實(shí)施方案是一種使糞便排泄物脫水的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括聲處理器、絮凝劑和土工織物，其中聲處理器與糞便排泄物接觸，在活化作用下使糞便排泄物中顆粒更小更均勻，然后往聲處理的糞便排泄物中添加絮凝劑，再將絮凝劑和廢物合并物加到土工織物，讓淘析物通過袋。
另一個(gè)具體實(shí)施方案是一種消滅在污泥流或分批樣品中的糞便細(xì)菌的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括活性氧源和至少3千瓦的高功率聲處理器，其中往污泥流或分批樣品中添加活性氧，然后聲處理器將樣品激活到至少消滅或弱化樣品中的糞便細(xì)菌。
另一個(gè)具體實(shí)施方案是一種消滅污泥流或分批樣品中的糞便細(xì)菌的方法，該方法包括往污泥流或分批樣品中添加活性氧源，然后用至少3千瓦的高功率聲處理器對得到的混合物進(jìn)行聲處理，從而使糞便細(xì)菌更均勻分散。
另一個(gè)具體實(shí)施方案是一種消滅污泥流或分批樣品中的糞便細(xì)菌的方法，該方法包括用聲處理器對細(xì)菌進(jìn)行聲處理，形成更均勻的分散體；在低溫下干燥細(xì)菌。
附圖簡要說明

圖1描述一個(gè)具體實(shí)施方案的氧化塘的豬流出物處理方法。
圖2描述一個(gè)具體實(shí)施方案的工藝流程。
圖3顯示一個(gè)具體實(shí)施方案的代表性試驗(yàn)結(jié)果。
圖4顯示由一個(gè)具體實(shí)施方案得到的試驗(yàn)結(jié)果。
圖5顯示各種材料參數(shù)的重復(fù)測定結(jié)果。
詳細(xì)說明現(xiàn)有技術(shù)中的一些缺點(diǎn)可通過這樣的設(shè)備、系統(tǒng)、方法和其他發(fā)現(xiàn)得到克服，該設(shè)備、系統(tǒng)、方法和其他發(fā)現(xiàn)能減少氣味、減少如厭氧細(xì)菌之類的不需要微生物，并更有效地將濕污泥轉(zhuǎn)化成更易運(yùn)輸?shù)男问?，同時(shí)承擔(dān)的能量費(fèi)用較低。一些具體實(shí)施方案對于處理含有微生物(如糞便物)的污泥是特別有用的，對于高濃縮廢物(如濕懸浮體)更特別如此，所述高濃縮廢物典型地是0.5-10％(重量/體積)雞、火雞、牛、羊、人類或其他糞便排泄物。本文描述的不同具體實(shí)施方案將這些發(fā)現(xiàn)融合在有用的系統(tǒng)、方法和/或設(shè)備中。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員會很容易地認(rèn)識到，每種發(fā)現(xiàn)可單獨(dú)用于人們在閱讀本說明時(shí)將看到的其他具體實(shí)施方案中。
為了實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、低成本的污泥整治方法，發(fā)現(xiàn)一種流動系統(tǒng)，該系統(tǒng)以非常經(jīng)濟(jì)的方式使用“強(qiáng)”超聲波能量處理污泥漿，使其分解。這里使用的“污泥漿”表示一種污泥，它含有在水中每個(gè)體積為0.1-20％，優(yōu)選地0.5-10％，更優(yōu)選地1.5-6％的干固體重量。在與物流處理相關(guān)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)了大輸出功率(大于500瓦、1千瓦、3千瓦、5千瓦或更高能量)的聲處理器以約20000赫茲操作時(shí)，能夠使污泥流具有良好的性能，從而可以使豬排泄物污泥流的處理達(dá)到每分鐘3、6、10、20、30、50或更多的加侖。在另一個(gè)適合于小規(guī)模轉(zhuǎn)化的具體實(shí)施方案中，諸如廢物流為每分鐘0.2-20加侖，更優(yōu)選地每分鐘0.5-5加侖，聲處理器(由單個(gè)單元構(gòu)成或由多個(gè)設(shè)備一起構(gòu)成)可以在低于3千瓦的低輸出功率，例如100-600瓦、250-750瓦、300瓦-1千瓦、500瓦-2千瓦，或750瓦-3千瓦下得到良好的結(jié)果。在本文中，術(shù)語“千瓦”表示由聲處理器對進(jìn)行聲處理的材料施加的實(shí)際能量(其中包括熱和振動)，并且在許多場合中表示給變換器的總輸入功率，變換器例如是壓電轉(zhuǎn)換器或磁阻(magnetorestrictive)換能器。
在使用該研究的流動系統(tǒng)時(shí)，已發(fā)現(xiàn)在結(jié)合料(binder)存在下可以利用聲能釋放一種或多種散發(fā)氣味的物質(zhì)，例如氧化硫、硫化氫、氨、一種或多種氮化合物，所述的結(jié)合料例如是沸石、明礬、diatametious earth、ZMS-5沸石、斜發(fā)沸石、碎海貝殼、堿洗沸石(得到非質(zhì)子化形態(tài)沸石)、離子交換材料等。本發(fā)明該具體實(shí)施方案的流動物流系統(tǒng)以及間歇式系統(tǒng)使用超聲波能量有利于將這些不需要的物質(zhì)轉(zhuǎn)移到例如沸石的受體中。一個(gè)相關(guān)發(fā)現(xiàn)是，通過在聲處理之前，期間或之后添加氧化劑，通過利用活性氧物質(zhì)，例如臭氧、過氧化氫、其他過氧化物、一種或多種Fenton反應(yīng)的氧化產(chǎn)物等進(jìn)行處理，可以優(yōu)先殺死不需要的微生物，如厭氧菌。不希望受到該具體實(shí)施方案任一理論的約束，據(jù)認(rèn)為通過增加氧化劑與微生物的接觸，聲處理改進(jìn)了氧化作用的動力學(xué)。
在另一個(gè)可大幅度減少污泥處理的輸入能量的具體實(shí)施方案中，已發(fā)現(xiàn)可以使用中等的超聲波能量(如每克處理的固體為0.005-5，優(yōu)選地0.01-1，更優(yōu)選地0.01-0.1瓦時(shí))，使污泥顆粒轉(zhuǎn)化成比較均勻的形式，并且這些顆粒絮凝成比期望尺寸更大的顆粒，這樣在相繼的脫水步驟中能更大量脫水。令人驚奇地，較少量的能量對改善脫水步驟有較大的作用，與其他的改進(jìn)結(jié)合時(shí)尤其如此。
脫水步驟常采用重力沉降得到傾析液或洗提液。如Richard G.Sheets Sr.的名稱為“Reclamation of Materials in a ClosedEnvironment with Remedial Water”(以下稱為“Sheets技術(shù)”)的PCT申請公開PCT/US00/09809所述，有利地，使用土工織物進(jìn)行脫水，形成滲出物。此外，除了土工織物之外或代替土工織物，還可使用其它脫水技術(shù)。例如，城市廢水處理廠通常采用的脫水技術(shù)，例如(i)“帶式過濾機(jī)”型壓力機(jī)，它包括多輥和網(wǎng)狀帶的系統(tǒng)，其間通過生物固體廢物，并且其配合以從生物固體廢料中擠壓出一些水分；(ii)專用內(nèi)嵌式離心裝置，它利用離心力從生物固體廢料中擠壓出一些水分；(iii)溶解空氣浮選系統(tǒng)，或(iv)帶液壓或機(jī)械驅(qū)動的板框壓濾機(jī)，它采用機(jī)械壓力，使生物固體廢料的不連續(xù)批料脫水，該系統(tǒng)可單獨(dú)使用，或與其他方法結(jié)合使用。Global Resources RecoveryOrganization的旋風(fēng)式Tempest干燥系統(tǒng)(TM)是特別合適的，正如澳大利亞Aqua International的脫水系統(tǒng)。特別考慮本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的所有脫水技術(shù)，其中包括例如空氣干燥、穩(wěn)流撞擊干燥、紅外干燥、微波干燥和必要時(shí)的干燥鼓干燥。US 6 470 597、6 447 642、6 393 719、6 308 436、6 221 261、6 106 632、6 030 538、5 893979、5 891 342、5 720 887、5 695 650、5 587 085、5 472 620和5 449 464描述的技術(shù)和設(shè)備是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知中的一部分，并且本文特別地將其作為參考文獻(xiàn)加以引用，由于篇幅的限制，這些細(xì)節(jié)不再作進(jìn)一步描述。在這些技術(shù)中，許多技術(shù)單獨(dú)或結(jié)合使用時(shí)要求較少的聚合物，一些技術(shù)可以完全不需要聚合物。即，可以利用已用技術(shù)和材料代替土木織物(或強(qiáng)化其使用)，甚至可以免除對添加聚合物和/或絮凝劑和/或凝結(jié)劑的部分或完全需要。理想地，用戶將根據(jù)特定環(huán)境下的成本選擇其中的一種或多種。
人們已看到，這些發(fā)現(xiàn)的組合為例如動物糞便排泄物之類的廢物的處理提供了相對低成本，而大體積的系統(tǒng)。此外，人們還看到，任選較低能量水平的聲處理可用于使污泥粉碎，改善脫水作用。因此，一個(gè)希望的具體實(shí)施方案采用至少兩個(gè)聲處理步驟，第一個(gè)強(qiáng)聲處理步驟用于粉碎污泥，而第二個(gè)步驟(該步驟可使用較低的能量水平)有利于脫水前使顆粒集合在一起?？蓡为?dú)使用第二個(gè)步驟，沒有第一個(gè)步驟，優(yōu)選地，與第一個(gè)強(qiáng)聲處理步驟相比，廢物流中每克固體施加75％、50％、30％、25％、10％、5％以下，甚至1％以下的聲能。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，第二個(gè)步驟的聲處理頻率比第一個(gè)步驟聲處理頻率低至少50％、100％、200％甚至更多(較長的波長)。例如，第二個(gè)步驟在19000赫茲下進(jìn)行時(shí)，則第一個(gè)步驟可以在40000-100000赫茲、100000-200000赫茲甚至更高頻率下進(jìn)行。
在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，提供一種處理方法，其中所有步驟都在低的溫度下進(jìn)行。本文使用的術(shù)語“低溫處理”表示的處理方法的特征在于，與至少部分地采用高溫殺死微生物的方法相比，采用較低的溫度。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，所有的處理步驟都在低于50度、45度、40度、37度、33度，或者甚至低于30攝氏度的溫度下進(jìn)行。術(shù)語“度”表示整體性質(zhì)的測量結(jié)果，例如用正常溫度計(jì)或大型熱敏電阻器測量的結(jié)果，并不表示可能處在一個(gè)泡內(nèi)或鄰近傳送聲處理能量的表面的局部溫度。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，采用低溫處理產(chǎn)生1-20％，更希望2-8％固體的處理材料，并在較高的溫度下干燥。
在另一具體實(shí)施方案中，施用相對于不希望的生物體而言優(yōu)先有利于土壤生物體存活的化學(xué)組分或電磁能量。優(yōu)選地，化學(xué)組分是一種氣體，例如分子(雙分子)氧、過氧化物、臭氧或純態(tài)氧。其他的氣體包括分子氯或溴，以及其他形態(tài)的活化氯或溴。添加的電磁能量可以是紫外輻射，如350-400納米，和/或低于350納米。
在一個(gè)符合要求的具體實(shí)施方案中，從固態(tài)設(shè)備添加紫外光。目前，紫外線發(fā)光二極管是已知的。隨著價(jià)格下降和輸出功率增加，這些設(shè)備對于一些具體實(shí)施方案將變得更加理想。盡管現(xiàn)在使用多個(gè)排列LED作為具體實(shí)施方案的能力是現(xiàn)實(shí)可用的，但是成本的改善可能將使這種技術(shù)在未來商業(yè)上會更加令人滿意。例如，可沿著處理物流加一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生UV光的LED，這種處理物流使用UV透明材料，例如透明管、透明流動槽和透明窗，以輸入這種光。還可在從管排出廢物之后，或相繼步驟(如干燥步驟)期間或之前采用UV照射。此外，廢物流處理前可以使用UV光輻射。優(yōu)選地，這樣的化學(xué)或光處理與低溫處理結(jié)合起來，相對于不希望的生物(如兼性厭氧微生物)而言有利于土壤生物體。
下面將評論這些和其他的發(fā)現(xiàn)以及源于此的一些理想的具體實(shí)施方案。
流動物流的高能聲處理人們已發(fā)現(xiàn)，可使用單個(gè)高輸出功率的聲處理器經(jīng)濟(jì)地處理單一流動物流，這種聲處理器的能量是至少0.25、0.5、1、2、3、4、5、6、7、10、15、20、25、30、40、50千瓦或更高。令人滿意地，輸出頻率應(yīng)該高于15千赫，一個(gè)具體實(shí)施方案使用20千赫最適宜。在本文未提到的其它具體實(shí)施方案中，可用較高的頻率，例如25-30、30-40、50-100、100-200、200-1000千赫或更高，以將聲能特別地轉(zhuǎn)移到逐漸減小的顆粒。這種污泥優(yōu)選地含有0.1-12重量％，更優(yōu)選地1-5重量％固體。用聲能處理的流動物流通?？梢允敲糠昼?.5-500加侖，但更典型地可以是每分鐘5-100加侖，更通常地是每分鐘10-75加侖。為了達(dá)到較高的聲能輸出，特別是10千瓦以上，使用兩個(gè)或兩個(gè)以上的聲波發(fā)生器(例如驅(qū)動不同的揚(yáng)聲器)可能是合適的。在這樣的情況下，有利地，可以通過可調(diào)節(jié)相差使驅(qū)動電路同步，從而設(shè)置一個(gè)或多個(gè)聲轉(zhuǎn)換器的循環(huán)定時(shí)，以降低消聲。通過例如直接用獨(dú)立的轉(zhuǎn)換器檢測能量輸出檢測傳遞給流動物流的聲能，測定處理污泥的溫度升高，用一個(gè)或多個(gè)檢測器(如壓電裝置)直接測定流動物流中的能量，可以確定合適的偏移量。如熟練工程師所懂得的，可采用人工或自動電路進(jìn)行這種監(jiān)測和調(diào)節(jié)。例如，可以調(diào)節(jié)最大功率輸出、最大檢測能量、處理材料中的最大升溫和/或處理材料組成(如密度、固體含量)的最大變化的相差。
例如，第一個(gè)500瓦聲轉(zhuǎn)換器可接觸來自第二個(gè)500瓦聲轉(zhuǎn)換器的在上游的污泥流。如果兩個(gè)轉(zhuǎn)換器都發(fā)出相同頻率的聲能，并且這些轉(zhuǎn)換器之間的距離是聲能波長的一半(或相應(yīng)的若干倍)，那么可以驅(qū)動這些轉(zhuǎn)換器彼此異相，以達(dá)到最大效果。在這種情況下，可采用180度相位差，來防止破壞性干擾，并將更有效聲能轉(zhuǎn)移到該物流中。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，用相同的頻率驅(qū)動兩個(gè)或兩個(gè)以上協(xié)調(diào)控制的轉(zhuǎn)換器，并且調(diào)節(jié)頻率以達(dá)到最佳的效果(最小破壞性波干擾)。在該方法中，提高頻率可提供更短波長的聲能，而降低頻率提供更長波長的聲能。如果兩個(gè)聲轉(zhuǎn)換器對于最優(yōu)操作而言分開太遠(yuǎn)，則降低它們的共同頻率將使它們的聲波振動具有更長的周期性，以更有效地與該距離相匹配。如果太靠近，可以提高它們的聲波頻率進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)然，兩個(gè)或兩個(gè)以上的聲轉(zhuǎn)換器可以在不同頻率和/或彼此具有不同相角的情況下驅(qū)動。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道頻率與相移結(jié)合可調(diào)整多個(gè)聲波發(fā)生器。特別希望該方法使用小型聲處理器，例如Branson的小型聲處理器，并且非常適用于小模塊系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中根據(jù)處理的需要，可以設(shè)定低流速或管尺寸。
在一個(gè)令人滿意的具體實(shí)施方案中，采用反饋系統(tǒng)自動控制至少一個(gè)設(shè)備的相角、輸出功率和頻率中的至少一項(xiàng)。優(yōu)選地，該反饋系統(tǒng)包括至少一個(gè)傳感器和一個(gè)電路，所述的傳感器監(jiān)測加到廢物流的聲能的狀況，所述的電路可包括一個(gè)微處理器或計(jì)算機(jī)，以對反饋信號作出響應(yīng)。例如，一個(gè)反饋系統(tǒng)可以包括壓電轉(zhuǎn)換器，它離聲處理段有一定的距離(至少3英寸、6英寸、1英尺、2英尺、3英尺或更長)。這種壓電轉(zhuǎn)換器檢測聲能幅度，檢測產(chǎn)生新頻率的諧波間混頻、改變的相角等，并輸出測量信號。在一個(gè)簡單的具體實(shí)施方案中，檢測在驅(qū)動頻率下的聲能幅度，調(diào)整一個(gè)或多個(gè)聲轉(zhuǎn)換器，從而從壓電檢測器獲得最大的測量聲波信號。這種反饋系統(tǒng)可以是光裝置，它測定反射系數(shù)、透射性、折射差數(shù)、顆粒尺寸、粘度、流體密度或其他參數(shù)，將信號反饋以便調(diào)整。
實(shí)際上，微型計(jì)算機(jī)可控制轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動器的頻率、相角或幅度，并可增加或降低所述參數(shù)，然后根據(jù)測定的信號確定增加或降低的效果。如果效果不那么令人滿意，那么控制器可進(jìn)行相反的操作。如果效果令人滿意，則控制器可再次執(zhí)行并提高所述參數(shù)。微調(diào)可涉及較小的改變，直到未感知其效果為止。當(dāng)然可以采用人工方法操作控制器，并且它本身也顯示有關(guān)該系統(tǒng)的信息。例如，最佳頻率的改變可能顯示材料粘度發(fā)生變化、聲波探針磨損及其特性改變，或發(fā)生影響系統(tǒng)聲學(xué)性能的其他事情。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，超出臨界值的變化將觸發(fā)提醒系統(tǒng)操作員的警報(bào)。這個(gè)警報(bào)例如可以是音頻，如嗶嗶聲或嗡嗡聲，可以是視頻，如LCD面板顯示或發(fā)光二極管顯示，和/或自動的電話呼叫信息。但是，由于與使用一個(gè)聲處理器相關(guān)的改進(jìn)控制的原因，某些具體實(shí)施方案使用較高功率的聲處理器，例如Heilschre(新澤西)Edge Technologies，Inc.(Ames，lowa)的高流速12000瓦UIP 12000工業(yè)處理器。本發(fā)明較大規(guī)模低成本處理系統(tǒng)的具體實(shí)施方案采用智能(smart)金屬高功率設(shè)備，如Ames lowa的Etrema公司銷售的“terfeneol-D”。以terfeneol-D為基礎(chǔ)的聲處理器特別用于污泥系統(tǒng)，因?yàn)椴捎眠@種基于智能金屬的系統(tǒng)的自動控制可以調(diào)節(jié)在處理過程中難以預(yù)測變化的污泥特性。對于通過污泥系統(tǒng)的物流，自動和/或人工結(jié)合控制一個(gè)或多個(gè)如下參數(shù)是特別有價(jià)值的位移、功率和這種工具的頻率，特別地3、5、7、10、20、25、30、45、50、60、75千瓦以上，或者甚至100千瓦以上，并且將會預(yù)見到工業(yè)應(yīng)用，這不僅對于本文描述的具體實(shí)施方案是如此，而且對于每單位重量或體積的更高能量的應(yīng)用也是如此，由于以熱量形式消耗聲能，所以導(dǎo)致殺滅甚至更多的微生物，并且甚至更快的干燥。
壓電轉(zhuǎn)換器也可用于污泥處理。一個(gè)特別理想的裝置包括一個(gè)轉(zhuǎn)換器，它有前部分和后部分，中心部分兩側(cè)中的任一側(cè)有壓電驅(qū)動器，其支配共振部分。例如參見Miodrag Prokic MP of Interconsulting，Marais 36，CH-2400 Le Locle，瑞士，在http//mpi.powerultrasonics.com/hammer-transducer.html的“THE ULTRASONICHAMMER TRANSDUCER”，它的一個(gè)存儲版本可從Google找到(http//216.239.53.104/search？q＝cachebQE4ja-OEycJmpi.powerultrasonics.com/hammer-transducer.html+ultrasonic+hammer&hl＝en&ie＝UTF-8)。這個(gè)轉(zhuǎn)換器類似于力轉(zhuǎn)換器與具有小信號特征的夾層式轉(zhuǎn)換器的結(jié)合，可特別用于“驅(qū)動大質(zhì)量負(fù)載，如管內(nèi)容物”。
這種“錘”式轉(zhuǎn)換器使質(zhì)量動態(tài)中心或慣性中心振蕩。特別地考慮這種錘式設(shè)備，因?yàn)樗哂蟹浅＠硐氲奶攸c(diǎn)1)與管內(nèi)容物相對容易的聲耦合；2)轉(zhuǎn)換器對負(fù)荷(管內(nèi)容物)變化的相對抗擾性和3)使用更低成本和較高效率的壓電材料。在一個(gè)理想的具體實(shí)施方案中，構(gòu)建一個(gè)雙壓電轉(zhuǎn)換器錘，以在廢物流的一點(diǎn)添加聲能。典型地，這個(gè)點(diǎn)是管的一部分，它不是圓的，而已制成方形，使得在至少兩個(gè)相對面上有一個(gè)平面。也就是說，廢物流中的一點(diǎn)可能是0.25-24英寸長，更優(yōu)選地1-10英寸長，它有至少兩個(gè)振動的相對平面壁。這個(gè)部分可以用與周圍管不同的材料制成，并且可以是矩形或正方形截面，不過由橢圓形或圓形部分保持在一起的兩個(gè)平面壁可良好工作。這些平面能傳遞聲音振動。這些相對平表面可以在其相對面上與壓電轉(zhuǎn)換器接觸，并且轉(zhuǎn)換器一前一后工作，以保持錘狀推拉動作。
在一個(gè)具體實(shí)施方案中，在與壓電錘接觸的點(diǎn)的處理流的內(nèi)壁不是剛性金屬，而是很好地傳遞聲能的另一種材料，這種材料的柔性足以不會因運(yùn)動而斷裂。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，與轉(zhuǎn)換器接觸的壁是金屬，并且在與一個(gè)或多個(gè)壓電裝置接觸的金屬和周圍管之間使用柔性材料可減輕傳導(dǎo)物料通過該管部分時(shí)在周圍管上的壓力。本領(lǐng)域技術(shù)人員會很容易知道在本文中可以使用塑料、其他聚合物和金屬。更理想地，這種材料是能很好傳導(dǎo)振動能的金屬，但這種材料通過同樣不會將聲能傳遞到周圍管的連接段或聯(lián)結(jié)器而機(jī)械連接(即垂直的)到流動物流中。該連接段可包括柔性聚合物。
根據(jù)固體含量變化的需要，可以調(diào)整聲音發(fā)送裝置的所希望的驅(qū)動頻率和/或輸出功率?？刹捎萌斯し椒ɑ虿捎米詣与娐反_定對一種或多種該聲音裝置的調(diào)整。為達(dá)到所希望的結(jié)果而使用的設(shè)置是有價(jià)值的信息，系統(tǒng)操作員可使用該信息推斷固體含量。例如，如果需要增加聲音輸出功率，或者獲得的數(shù)據(jù)表明污泥流中固體含量增加，那么操作員(或自動電路)可以作出反應(yīng)，在聲處理器上游增加更多水，如ECA水或其他水?？蛇x擇地，操作中推斷固體含量減少，可能提示減少加入的水量。作為調(diào)整水量的代替操作，例如可以升高溫度，或降低流速，以補(bǔ)償增加的固體。例如，可分別降低溫度和增加流速，以補(bǔ)償減少的固體。因此，本發(fā)明的具體實(shí)施方案考慮使用用于測量和調(diào)整這些參數(shù)中的每個(gè)參數(shù)的系統(tǒng)，以及實(shí)施這些活動的軟件算法和存儲的計(jì)算機(jī)程序。
在一個(gè)具體實(shí)施方案中，聲處理頻率隨著檢測或推測的污泥流速的增加或降低而增加，隨著相反條件而降低。采用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的各種裝置和方法中的任何裝置和方法可以測量這種流速。代替?zhèn)鹘y(tǒng)的流速測量方法，或除了傳統(tǒng)的流速測量方法之外，可以采用壓電裝置監(jiān)測污泥的流動程度或粘度，以及由該裝置獲得的用于調(diào)整聲處理頻率的信息。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，根據(jù)周圍的環(huán)境，以不同諧波驅(qū)動如壓電裝置之類的裝置。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，以更連續(xù)的方式調(diào)整如磁阻裝置之類的裝置的頻率。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，在檢測大塊材料后，頻率降低至少10％、25％、50％或更多，以幫助聲波破碎。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，檢測到更均勻的材料，并且增加聲音頻率。在一個(gè)理想的具體實(shí)施方案中，采用至少19000赫茲的頻率以使大塊破碎，并采用35000赫茲以上，更優(yōu)選地70000赫茲以上的頻率處理小塊懸浮體或單個(gè)微生物體。
在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，聲處理能量隨著污泥流速增加而有意增加，隨著檢測或推測的污泥流速降低而降低。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道的，可以很方便地改變加到一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器的功率。在一個(gè)特別希望的具體實(shí)施方案中，通過響應(yīng)檢測到的材料的減少或缺乏，聲處理能量降低至少75％、90％或者甚至中斷。當(dāng)希望檢測時(shí)，應(yīng)該檢測出例如氣塞、大氣泡或不想要的材料(如影響污泥聲學(xué)性能的塑料片)，以產(chǎn)生一個(gè)信號，該信號即刻使聲處理器中斷(或降低功率)，或者直到滿足另外的條件。優(yōu)選地通過監(jiān)測聲能傳輸，實(shí)時(shí)粘度測量或其他測量結(jié)果，例如因使用聲波裝置造成的溫度升高，或轉(zhuǎn)換器負(fù)載阻抗的變化(例如增加)，可以檢測出這樣的障礙物。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，通過被污泥流吸收或可能吸收的功率量，如通過聲能傳輸、污泥溫度增加、污泥粘度降低或其他參數(shù)所測量的，可以控制至該裝置的輸出功率。已發(fā)現(xiàn)，許多具體實(shí)施方案可以往流動物流的每克固體中加0.001-10瓦時(shí)聲能。優(yōu)選地，每克固體使用0.003-5、0.01-3瓦時(shí)，更優(yōu)選地0.03-0.5瓦時(shí)。對于可用于大規(guī)模處理的低成本具體實(shí)施方案來說，有利地，污泥流保持低于30攝氏度。例如，污泥流在聲處理前可以是5-25攝氏度，優(yōu)選地10-18攝氏度，而在聲處理后是10-35度，優(yōu)選地18-25度。在某些希望微生物失活的具體實(shí)施方案中，在聲處理前，最適宜的溫度可能是0-10度，而在聲處理后是0-25度，或在聲處理前是10-25度，而在聲處理后是25-35度。在許多具體實(shí)施方案中，流動物流中的顆粒典型地在聲能下暴露10秒以下，優(yōu)選地5秒以下，更優(yōu)選地3秒以下，甚至1秒以下。盡管可根據(jù)這些希望的參數(shù)對流動物流進(jìn)行聲處理，但采用相同或相似的參數(shù)時(shí)，這里所述的方法和材料還與分批處理有關(guān)。
在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，用Heilscher級聯(lián)聲極(sonotrode)產(chǎn)生一個(gè)均勻的聲場。用36英寸揚(yáng)聲器長度獲得3千瓦(@20.0千赫)的能量輸出，并對準(zhǔn)流速為每分鐘6-10加侖的3.6％固體的豬排泄物污泥流。不希望被本發(fā)明這個(gè)具體實(shí)施方案的任一理論所約束，據(jù)認(rèn)為高強(qiáng)度聲場產(chǎn)生空化氣泡，這有助于釋放氣體，將氣體轉(zhuǎn)化成危害更小的產(chǎn)物，通過添加氧化劑(如添加的話)改善固體顆粒的滲透能力而有利于殺死厭氧微生物，并且實(shí)際上改變粘土和硅酸鹽(當(dāng)存在時(shí))的物理性質(zhì)，以有利于化學(xué)結(jié)合水進(jìn)入其結(jié)構(gòu)，因此增加以后耐受干燥條件的能力，例如當(dāng)隨后用于肥料時(shí)，再通過化學(xué)結(jié)合硝酸鹽和磷酸鹽，有助于在處理的污泥被用作肥料時(shí)防止這些有價(jià)值植物營養(yǎng)流失。
不希望被本發(fā)明的這個(gè)具體實(shí)施方案的任一理論所約束，據(jù)認(rèn)為在這個(gè)階段的聲處理(特別是在加入活性氧后的聲處理)通過極其有利于氧與厭氧生物的接觸而優(yōu)先殺死厭氧細(xì)菌。因此，盡管在某些具體實(shí)施方案中，聲能可能不會殺死所有的生物體，但聲能與這些不需要的微生物協(xié)同地增加了氧的自然殺死能力。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，使用高得多的聲能，它有效地殺死了所有類型的微生物。
在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，這個(gè)聲處理步驟在加入如臭氧之類的氧化劑之前進(jìn)行，并用于通過由該聲處理造成的分散改善而大大增加與氧反應(yīng)的作用。事實(shí)上，氧化處理前的聲處理改進(jìn)了殺死微生物的能力。在這種情況中，聲處理可使微生物變?nèi)酰顾鼈冏兊酶舾?，而且通過把固體分散成更小的顆粒也有助于擴(kuò)散限制過程。
如沸石之類的結(jié)合料的添加與混合人們已發(fā)現(xiàn)，在聲處理之前或之后可以添加結(jié)合料(例如沸石)除去氣味，例如氨(雞廢物和養(yǎng)牛廢物的共同問題)，或硫化合物，如硫化氫(豬廢物的共同問題)。根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)具體實(shí)施方案，可以使用結(jié)合料，例如粘土；硅酸鹽；沸石；粉碎的海貝殼；明礬；diatametiousearth；沸石如像沸石分子篩，如沸石4A和5A；發(fā)光沸石；用鈣離子、鎂離子、鉀離子或鈉離子交換的沸石；菱沸石；和/或毛沸石。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道這些和其他的分子篩，并且其描述例如參見D.M.Ruthven的Principles of Adsorption and Adsorption Processes(John Wiley and Sons，紐約，1984)。
在一個(gè)理想的具體實(shí)施方案中，使用天然或合成的斜發(fā)沸石。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，使用ZMS-5沸石。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，在使用前用堿沖洗沸石，得到非質(zhì)子化型的沸石。在這樣的沸石中可利用的陽離子的選擇面極寬，即第I、II和IIA以及IIIB族，并且可以基于此來選擇沸石，或者為了改進(jìn)而改性。在某些具體實(shí)施方案中，可以交換這些陽離子以改善性能。此外，在一個(gè)具體實(shí)施方案中，當(dāng)除去氣體分子時(shí)，使用疏水沸石(優(yōu)選地呈粉末狀)。還可參見US 5 587003、5 531 808和6 290 751，它們描述了斜發(fā)沸石、LSX沸石和其他有關(guān)沸石。
另一個(gè)具體實(shí)施方案利用表面改性的沸石，例如Robert S.Bowman教授所描述的(例如參見Environ.Sci.Technol.36(2002)；Environ.Sci.Technol.334326-4330(1999)和Phase IIB Topical Report.美國能源部，國家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，匹茲堡，PA 33p。“Surface-alteredzeolites as permeable barriers for in situ treatment ofcontaminated groundwater”2002)。最有利地，通過與像季銨之類的大陽離子表面活性劑接觸，在沸石表面形成穩(wěn)定的有機(jī)涂層，從而使沸石改性。理想地，這種表面活性劑具有帶單個(gè)正電荷的首基和8-24個(gè)碳原子長的疏水尾部。有利地，這種季銨是胺十六烷基三甲銨或這個(gè)系列的其他化合物，它們有不同數(shù)量的碳原子，例如8、10、12、14、18、20或22個(gè)碳原子長的鏈。對于低于25攝氏度的較低溫度的處理，更有利地使用8、10、12、14或16個(gè)碳原子的較短鏈。對于較高的溫度，16、18、20或20個(gè)以上碳原子的較長鏈可能更有利。可以加入任何形式的結(jié)合料，例如漿料、粉末、合成顆粒等。這種結(jié)合料可以間斷方式添加到待聲處理的污泥漿中，或者，如果污泥是一種流動物流，則在聲處理步驟前、過程中或之后添加可能有利。當(dāng)使用斜發(fā)沸石結(jié)合來自排泄物污泥的造成臭味的物質(zhì)時(shí)，最好使用可懸浮于污泥中的細(xì)粉末，并且這種粉末可以加到含有約3％固體的這樣的污泥中，添加量是在污泥中為約0.7-0.9重量％沸石(每加侖污泥19.5-27克沸石)。使用量可大可小，例如每加侖0.5、1、2、3、4、5、10、15、25、35、50、65、75、100、200、300、400，或者甚至直到500克或500克以上，這取決于所需要的結(jié)合容量。聲處理在分配時(shí)是特別有用的，因?yàn)槁暷芸梢园汛箢w粒打碎成較小的顆粒，這些較小顆粒較易分配到流動物流或其他部位中。
在一個(gè)具體實(shí)施方案中，通過泵流擾動混合器添加固體物質(zhì)，例如結(jié)合料或聚合物。已發(fā)現(xiàn)固定在流動物流內(nèi)的無源(passive)板是一個(gè)理想的混合器。優(yōu)選地，該無源板至少部分地與該物流垂直，至少50％其表面積在30％垂直物流內(nèi)，優(yōu)選地，至少50％其表面積在15％垂直物流內(nèi)，更優(yōu)選地，至少75％其表面積在15％垂直物流內(nèi)。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，該板是單個(gè)確定的表面，由一個(gè)或多個(gè)附件固定在管壁的適當(dāng)位置上。優(yōu)選地，這個(gè)板有圓形邊，例如可以包括單一圓形或橢圓形。發(fā)現(xiàn)三葉草形狀工作得很好。優(yōu)選地，該無源板的表面積是流動物流截面表面積的2-30％，更優(yōu)選地，該板的表面積是該截面積的5-20％。
優(yōu)選地，在5倍無源板混合器直徑的距離內(nèi)添加固體物質(zhì)，更優(yōu)選地，在2倍無源板直徑的距離內(nèi)添加固體物質(zhì)。這種板可以位于添加點(diǎn)的上游或下游，優(yōu)選地位于上游，以便在允許湍流混合的同時(shí)，盡可能減少固體與擾動混合器的接觸。最理想地，在強(qiáng)聲處理步驟的下游使用無源板擾動混合器，這樣減輕在混合器上積累物料。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，采用聲學(xué)方法將混合器與一個(gè)聲轉(zhuǎn)換連接，并且進(jìn)行振動以除去混合器上的碎屑。可采用物理方法將這種聲轉(zhuǎn)換器與混合器相連，或者可以分開一段距離。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，這種無源板并不是無源的，而是采用聲學(xué)方法與聲處理器偶聯(lián)，并有源地把超聲波能加到流動物流上。在一個(gè)理想的具體實(shí)施方案中，調(diào)整這種聲能頻率，以便有利于添加的固體材料的混合，而在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，調(diào)整頻率，以利于絮凝脫水。
處理的污泥典型地含有約0.5-12％固體，更典型地約1-5％固體。術(shù)語“固體”是指除去鹽類和干燥殘余物之后留下來的物質(zhì)。所需結(jié)合料的量(如果使用的話)隨著污泥的量和種類而改變。當(dāng)用于由氨化的排泄物污泥制成肥料時(shí)，理想地，添加沸石(如斜發(fā)沸石)以結(jié)合氨，以后在肥料使用過程中釋放該氨。理想地在污泥中使用高比率的沸石和其他的結(jié)合料，因?yàn)樵谔幚砹髦锌赡娼Y(jié)合氮然后從肥料產(chǎn)品中釋放氮的性質(zhì)很理想。
在一個(gè)具體實(shí)施方案中通過聲處理和使用結(jié)合料除去散發(fā)氣味的氣體，在廢料的存在下聲處理結(jié)合料。不希望被本發(fā)明的這個(gè)具體實(shí)施方案的任一理論所約束，據(jù)認(rèn)為聲處理如排泄物廢物之類的污泥會造成從顆粒解吸和/或從溶液中放出散發(fā)氣味的物質(zhì)，例如氨和硫化氫，并且使與添加的結(jié)合料(如沸石)的緊密結(jié)合變成可能。聲處理還有利于向顆粒和固體材料中擴(kuò)散和從顆粒和固體材料向外選出，并且已發(fā)現(xiàn)在本文描述的每分鐘聲處理物流30加侖的條件下，可使污泥更均勻地分散成小顆粒。在聲處理的過程中，這種沸石結(jié)合了污泥漿體釋放的氣體分子。
由于緊密結(jié)合這種散發(fā)氣味的分子，這些分子在運(yùn)輸、干燥過程中以及在作為最終增值產(chǎn)品(如肥料)的成分時(shí)均留在固體材料中。一種理想的分子(如氨)緩慢地從肥料中釋放出來，以作為一種長效釋放成分提供植物養(yǎng)分。在這方面，另一個(gè)重要的可選具體實(shí)施方案是從開始處理污泥(例如排泄物)到經(jīng)過配制并用作肥料都采用低溫處理。本領(lǐng)域中許多(如果不是大多數(shù)的話)可供選擇的處理方法均采用至少一個(gè)高溫步驟。相反，本發(fā)明理想的具體實(shí)施方案提供了較高濃度的固體，它需要較少的干燥，并有利地在低于80度、70度、60度、50度、40度，甚至低于30度的溫度下實(shí)施。這些低溫對于保留載體中的氨(或其他化合物)是特別有用的，否則在高溫步驟中會排出廢氣。
這種結(jié)合料令人滿意地結(jié)合有毒氣體，捕獲重金屬，并且可以含有一種或多種常量和微量營養(yǎng)物、硅酸鹽和粘土。例如，可以添加微量金屬，以改進(jìn)最終材料作為肥料的質(zhì)量。當(dāng)在聲處理過程中存在時(shí)，高的機(jī)械聲處理力有助于水結(jié)合到粘土和其他硅酸鹽中，這樣增加了隨后使用的產(chǎn)品的抗旱性。聲處理還有助于結(jié)合硝酸鹽和磷酸鹽。
氫化劑，任選地與聲處理結(jié)合人們已發(fā)現(xiàn)，在聲處理之前或之后添加氧化劑可更多地殺死厭氧細(xì)菌，并且事實(shí)上優(yōu)先殺死這類微生物，在“低溫處理”中使用時(shí)尤其如此。最理想的氧化劑是臭氧，不過如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道的那樣，也可以使用過氧化氫、其他過氧化物、活性鹵素物質(zhì)和活性氧試劑。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，可以添加電化學(xué)活性(“ECA”)水，如Sheets技術(shù)所描述的。也可以在稍晚的時(shí)間添加ECA水，例如在被處理污泥的脫水步驟期間。有利地可以往污泥，例如干廄肥或非常粘稠的廄肥(例如牛奶場廢物，未沖洗雞廢物，馬廢物等)中添加如本文所述的水，如ECA水和/或含有其他氧化劑的水，以使污泥具有更適當(dāng)?shù)牧黧w處理特性，例如粘度和流體密度，如前所述，這些特性會影響聲處理步驟的操作參數(shù)。
許多技術(shù)都可以制備臭氧，例如像US 6 482 370、6 468 400、6 461487、6 460 211、6 458 257、6 399 022、6 361 698和6 328 862所描述的。將氧化劑和微生物變性系統(tǒng)結(jié)合起來應(yīng)用很有利。例如像US 6 083 398所描述的，鐵和過氧化氫之間的Fentons反應(yīng)與紫外光可以結(jié)合使用。特別地，洗衣洗滌劑工業(yè)已研制大量便宜而穩(wěn)定的氧化劑，它們也可以單獨(dú)或組合用作一種或多種被添加的氧化劑，例如像US 6 241 779、6 083 398、6 013 774、5 965 033、5 770 010和5 362 412所描述的。
氧化劑的使用濃度可以很寬。氧化劑可以作為一種氣體并且例如通過鼓泡溶解，或者作為氧化劑固體形式，在溶解到含水流體后直接添加到物流流動中。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)施例中，用3千瓦聲處理器以每分鐘6-10加侖的速度，來處理2英寸流動物流管中的豬廢物(3.6％固體)。在聲處理器上游添加每小時(shí)1.5克臭氧，并且令人驚奇地實(shí)現(xiàn)優(yōu)先殺死厭氧細(xì)菌。這種處理方法使糞便大腸菌從1800MPN(最可能的數(shù)目)降到約750，并且在濕生物固體階段進(jìn)一步降到約500MPN，在干燥生物固體階段降到零。與此對照，因?yàn)槁曁幚?，大腸埃希桿菌從每100毫升242000MPN以上降低到每100毫升3000MPN(參見圖4)。在其他的實(shí)驗(yàn)中，微生物殺死得比這個(gè)實(shí)驗(yàn)高得多。糞便大腸菌也從每克1809MPN降到每克699MPN(圖3)。在其他的具體實(shí)施方案中，沒有使用氧化劑，而依賴其他的步驟，例如進(jìn)一步的聲處理，熱干燥，或者甚至暴露于輻射，例如紫外輻射或電離輻射，以用于殺死微生物如厭氧細(xì)菌、病毒等。
在一個(gè)理想的具體實(shí)施方案中，在聲處理之后添加臭氧或其他的氧化劑。優(yōu)先地，聲處理分散的材料以一個(gè)延長的時(shí)間暴露于氧化劑下，該延長的時(shí)間是經(jīng)由在如槽之類的室中的停留時(shí)間而實(shí)現(xiàn)的。例如，每分鐘50加侖的5％固體的廢物流可以添加每小時(shí)至少1克、2克、4克、8克、16克、32克、75克或至少200克的臭氧?；钚匝跖c廢物固體的這個(gè)比例可以殺滅廢物流中的細(xì)菌和其他有機(jī)物。在另一項(xiàng)研究中，讓臭氧發(fā)生器以鉛錘形式放置，以每小時(shí)最高16克的速率往每分鐘約50加侖的流動物流中注入臭氧。這種氧化劑殺死有害微生物，還改善了最終水產(chǎn)物的清澈度和氣味。氧化劑(像臭氧)在本發(fā)明的具體實(shí)施方案中具有特殊的作用，并且有助于辨別需要的土壤細(xì)菌和不需要的細(xì)菌，其中包括許多需氧菌和厭氧菌。臭氧可以在任何步驟添加，但最好是在使菌塊分裂的至少第一次聲處理步驟之后添加。臭氧應(yīng)該按照能殺死細(xì)菌的量添加，并且可以在一個(gè)以上的步驟添加臭氧。優(yōu)選地，使用單個(gè)單元制造臭氧，該單元有一個(gè)輸出端，它能將生成的臭氧分到廢物流的較早的點(diǎn)，例如在聲處理之后但在加入沸石之前；加入沸石過程中；加入沸石之后但在加入絮凝劑之前以及加入絮凝劑之后。來自同一臭氧制造設(shè)備的第二條臭氧流可以把臭氧加到該處理過程的另一個(gè)點(diǎn)，例如通過加到傾析廢水中而加到該處理過程的另一個(gè)點(diǎn)。
使用絮凝劑進(jìn)行更大程度的脫水本發(fā)明具體實(shí)施方案一個(gè)未預(yù)料到的結(jié)果是，盡管聲處理產(chǎn)生更小更均勻的污泥顆粒，但其卻導(dǎo)致在絮凝時(shí)較大顆粒以較大的沉降速度沉降。這個(gè)特點(diǎn)提供了幾個(gè)非常強(qiáng)的優(yōu)勢。第一，以最小或零能量成本獲得更大的脫水。用土工織物袋測量出更完全、更快的沉淀，該土工織物袋具有標(biāo)稱40微米孔隙度(干)-100微米(濕)的襯里。例如TCMirafy(Atlanta Ga.)銷售一種產(chǎn)品也是合乎需要的，它是HP 570，有適當(dāng)?shù)目紫抖華OS 30、40或更高。事實(shí)上，在采用添加沸石和聲處理，接著添加其最終濃度為150ppm的聚丙烯酰胺聚合物這種方式處理后，含有3％固體的豬廢物僅僅通過重力就可濃縮到18-19％的固體，并且是以更快的時(shí)間濃縮，該時(shí)間是少于24小時(shí)、12小時(shí)、6小時(shí)甚至3小時(shí)以下。當(dāng)然，大部分(例如80％)的脫水在約一小時(shí)內(nèi)完成。因此，借助于改進(jìn)的絮凝劑質(zhì)量，本發(fā)明具體實(shí)施方案能非常迅速地脫水達(dá)到較高的固體濃度。
如Sheets技術(shù)所述，通過對襯有土工織物的阻擋層或容器施加真空，甚至有可能達(dá)到更高的固體濃度。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由于水量不多，較低溫度干燥是適宜的。較低溫度有助于結(jié)合料保留氣體，例如氨，因此有助于提高肥料的質(zhì)量。而另一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是，由于不必儲存和移動被除去的過量水，所以運(yùn)輸和儲存成本大大降低。運(yùn)輸成本通常是大規(guī)模處理方法中的主要費(fèi)用。很明顯，提高固體致密性(例如從7％提高到18％，甚至從15％提高到18％)會產(chǎn)生巨大的成本收益。
盡管本發(fā)明的許多具體實(shí)施方案涉及使用Sheets技術(shù)所述的土工織物，但其他相分離技術(shù)同樣地可利用本發(fā)明具體實(shí)施方案的優(yōu)點(diǎn)。例如，可以添加絮凝劑，并采用“渦輪式”相分離器分離固體，例如像發(fā)明人Ron Harris在US 5 589 081、6 004 461和5 707 535中所描述的，它們可以使用各種各樣土工織物中的任何一種。SpectrumEnvironmental，Inc制造了這種分離器。這些裝置中用于篩分固體的典型土工織物是150微米纖維布，典型地使用30×40目(590-420微米)的過濾篩網(wǎng)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員知道大量絮凝劑，這些絮凝劑可用于本發(fā)明具體實(shí)施方案中。已發(fā)現(xiàn)，離子(陽離子、陰離子或陽離子與陰離子)絮凝劑以及非離子絮凝劑都能充分起作用。例如，絮凝劑及其應(yīng)用可參見US6 461 511、6 454 949、6 447 687、6 432 321、6 413 433和6 408227。陽離子絮凝劑是特別符合需要的。例如，US 3 409 546描述了陽離子型N-(氨基甲基)-聚丙烯酰胺聚合物與其他陽離子聚合物一起用于處理污水污泥。US 3 414 514還描述了使用丙烯酰胺與季銨化陽離子甲基丙烯酸酯的共聚物來進(jìn)行污泥脫水。US 3 897 333中描述了用于污泥脫水的另一類陽離子聚合物。還知道使用聚乙烯亞胺和陽離子丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯的均聚物以及其他陽離子聚合物(像聚乙烯基吡啶)。US 4 191 645描述了陽離子聚合物用于污泥處理的另一個(gè)實(shí)例。在該專利中，公開了由非離子單體(如丙烯酰胺)與陽離子單體(如三甲基銨乙基甲基丙烯酸酯甲基硫酸季銨(TMAEM.MSQ)，或二甲基氨基乙基丙烯酸酯甲基硫酸季銨(DMAEA.MSQ))制備的陽離子共聚物，用于污泥脫水。其他聚合物例如包括黃原酸膠(像XC或其可分散形式XCD)、纖維素HP-007、任選地水解成各種長度的褐藻膠和PHPA(部分水解的聚丙烯酰胺)伸長聚合物。
一種特別有利的絮凝劑是高分子量的聚丙烯酰胺聚合物，例如Ondeo Nalco公司(Napierville，伊利諾斯州)出售的這種聚合物，它們在脫水和干燥的污泥塊隨后用作肥料時(shí)提供了額外的優(yōu)點(diǎn)。對于糞便排泄物流來說，盡管可使用非有機(jī)聚合物，例如Al2(SO4)3或FeCl3，但陽離子聚合物，如低電荷密度的聚丙烯酰胺是最有用的。理想地，添加如絮凝劑之類的聚合物達(dá)到最終濃度為約(例如精確地)1-100000ppm(毫克/升)，更理想地10-10000ppm、1-20ppm、2-10ppm、5-100ppm、10-1000ppm或25-500ppm。當(dāng)采用機(jī)械脫水步驟，如使用旋風(fēng)分離器干燥時(shí)，可使用較少的絮凝劑。
在一個(gè)具體實(shí)施方案中，可以使用比這個(gè)領(lǐng)域正常濃度更高濃度的絮凝劑。例如，Nalco 7190聚丙烯酰胺聚合物按照95ppm加到聲處理的(3％固體)豬糞便排泄物中。也就是說，低電荷、高分子量的聚合物Nalco 7190加到(150毫升1％溶液)4.17加侖流出物中。優(yōu)選地，按照污泥脫水正常使用濃度的1.5、2、4、6、10、15、20、25、30或者甚至50倍添加絮凝劑。事實(shí)上，過高的絮凝劑濃度通常將給定絮凝劑的使用限制在了小范圍的污泥固體，但令人驚奇地發(fā)現(xiàn)這種過高絮凝劑濃度會逐步地良好實(shí)施。但是在另一具體實(shí)施方案中，可以使用較低濃度的非常高分子量的絮凝劑，例如Cesco的PF 601 CHHG。
其他聚陽離子聚合物也是有用的。例如，包括至少1％、2％、5％、10％、25％、50％或者甚至50％以上的陽離子聚合物或長度至少100納米、200納米、500納米、1微米、2、5或者甚至直到10微米的其他物質(zhì)的植物原料都可用作絮凝劑。這種天然聚合物可以得到并部分被純化，或者可以通過簡單的化學(xué)反應(yīng)由其他生物聚合物轉(zhuǎn)化而成。
由海藻制成的褐藻膠非常有用，在與像鈣之類的一種或多種二價(jià)或三價(jià)陽離子結(jié)合后尤其如此，可以稍后加入褐藻膠，以在隨后的時(shí)間里引起相分離。因?yàn)樽罱K產(chǎn)品可以相當(dāng)不純，所以所述來源很適合用作污泥(尤其是糞便排泄物)的絮凝劑。最理想地，褐藻膠是由海藻經(jīng)部分純化得到的，與100％質(zhì)子化形態(tài)相比，該純化釋放(除去)至少10％、20％、30％、50％、75％、90％或90％以上作為抗衡離子的鈉。褐藻膠可作為流動物流或以其他方式分批加入，并且在分散后加入鈣。在另一具體實(shí)施方案中，首先加鈣。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，離子化鈣已經(jīng)存在，并且采用添加的褐藻膠進(jìn)行滴定測量。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，加入另外的二價(jià)或三價(jià)陽離子，像鎂、鋅、銅或鐵。在另一具體實(shí)施方案中，加入多價(jià)陽離子的混合物。考慮到篇幅所限，在這里沒有列出如上述US專利描述的絮凝劑及其標(biāo)準(zhǔn)使用濃度，因此讀者可參考提供這些信息的各個(gè)專利的相關(guān)部分。
在添加絮凝劑時(shí)，污泥固體料更迅速地沉淀出來。優(yōu)選地，絮凝劑添加到流動物流(如果使用的話)或分批懸浮液中，然后混合。材料混合后或混合時(shí)最好立刻轉(zhuǎn)移到沉降池中進(jìn)行脫水。在一個(gè)非常理想的具體實(shí)施方案中，沉降池有土工織物，在重力作用下其孔隙度能讓水流走。盡管實(shí)驗(yàn)中使用的土工織物具有標(biāo)稱孔隙度40-100微米，但能夠使用更大孔隙度的襯里。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，使用了100-200微米孔隙度的襯里，在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，使用了250微米孔隙度的襯里。對于較大孔隙度來說，推薦使用較大分子量的聚合物，特別是陽離子聚合物，如聚丙烯酰胺或合成的有陽離子電荷的天然生物物質(zhì)，或通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成聚陽離子的天然生物物質(zhì)。因此，可使用較大篩目尺寸，如30目、40目、50目、100目和100目以上。這樣導(dǎo)致襯里材料成本較低，沉降速度更快，脫水污泥的固體含量也更高。
水的分離與水的澄清在一個(gè)具體實(shí)施方案中，處理的廢液經(jīng)過相分離步驟，其中廢水與固體分離。在本文中，術(shù)語“相分離”系指一個(gè)水部分，即與水分離步驟之前的廢物流相比，它具有至少50％、2倍、3倍或者3倍以上水被除去。在一個(gè)以此為目的建造的系統(tǒng)中，在傾析步驟前添加高分子量聚合物并混合，在該傾析步驟中，廢物流流到大的容器中，這樣可以除去沉降的重材料和/或除去或傾析靠近頂部的水。
在另一個(gè)系統(tǒng)中，聲處理器被用于水部分的相分離富集。例如，可以在廢物流中建立由聲處理器產(chǎn)生的平面超聲波場，使聲能與在管道流中循環(huán)的含水懸浮固體相互作用，因此聲輻射力根據(jù)顆粒半徑把固體分成兩個(gè)或更多部分。在加入如本發(fā)明所述的高分子量聚合物之后，這個(gè)聲分離特別有用。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，纖維是增稠劑，如天然形成的聚陰離子材料，它被添加在聲分離器的上游。例如，可使用褐藻膠。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，聲分離后接著濃縮-傾析步驟，其中聚合物部分被進(jìn)一步脫水。在加入大聚離子的情況下，可以在后面步驟加入多價(jià)抗衡離子。在加入時(shí)，聚合物部分因與抗衡離子的離子吸引作用，使這種聚合物緊密而脫水。作為一個(gè)實(shí)例，加入褐藻膠，由超聲波場進(jìn)行任選的相分離，然后往含有聚合物的部分中添加鈣，從而形成可被除去的上清液。如Institute of Paper Science andTechnology的研究者所報(bào)告的，設(shè)計(jì)用于分離木漿廢物與廢物流的裝置和方法是特別有用，并說明了這種技術(shù)中的某些步驟。例如參見US5 979 664，其內(nèi)容(特別是從污泥固體中分離液體的方法和材料)全部作為參考文獻(xiàn)加以引用。
這些水澄清步驟可單獨(dú)使用，或互相組合使用，優(yōu)選地作為廢物處理過程的后面步驟進(jìn)行。更理想地，在加入聚合物后進(jìn)行水傾析步驟。通過砂濾器、生物過濾器、或本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的其他過濾器，可以進(jìn)一步凈化除去的水。
在一個(gè)理想的具體實(shí)施方案中，由于在大型砂濾器中用于除去有機(jī)材料的微生物床的作用，因而可使用該砂濾器除去有機(jī)材料，例如固體/溶解的氮。還可依靠該砂濾器除去已加到處理流中的礦物(如沸石)中的細(xì)料。可以回洗這種砂濾器，使其再生。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，這種砂濾器使用至少6英寸、1英尺、2英尺、3英尺或3英尺以上的床。在另一具體實(shí)施方案中，在應(yīng)用于砂濾器之前、之中或之后，往水中添加臭氧或其他氧化劑。
其他處理參數(shù)最小化氨揮發(fā)。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，為了保持低pH以減輕氨的釋放，可添加低pH材料，例如酸，優(yōu)選地在泵入這個(gè)系統(tǒng)前加到廢物中。在另一個(gè)特別理想的具體實(shí)施方案中，在任選的最終干燥步驟之前的所有步驟都在低于60度、50度、40度、35度、30度甚至低于25攝氏度的溫度下進(jìn)行。特別地，在這個(gè)方法中將低溫(或室溫)與使用氨結(jié)合料結(jié)合起來，對于防止氨釋放是特別理想的。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，預(yù)先往材料中加入一種或多種脲酶抑制劑，例如N-(n-丁基)硫代磷酸三酰胺或環(huán)己基磷酸三酰胺，來抑制尿素轉(zhuǎn)化成氨。這種抑制劑可加到動物籠舍的地板上、沖洗水中，飼料或飲用水中，并且理想地采用計(jì)量裝置連續(xù)或定期添加。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，通過脲酶抑制劑蛋白轉(zhuǎn)基因加成和表達(dá)制成轉(zhuǎn)基因動物，如轉(zhuǎn)基因豬。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，把用以將尿素轉(zhuǎn)化成另一種形態(tài)(例如更還原的形態(tài))的細(xì)菌添加到動物飼料、飲料、沖洗液中、地板上，或直接加到排泄物中。
表達(dá)抑制劑的細(xì)菌是特別理想的。在動物籠舍中，特別是在抑制劑能混入尿中的地點(diǎn)上抑制劑的長期存在是最理想的。而另一個(gè)具體實(shí)施方案通過加入一種或多種三重過磷酸鹽、過磷酸鹽、氯化鈣或石膏來抑制氨的產(chǎn)生。明礬、硫酸亞鐵和磷酸也能減少氨的揮發(fā)。將加入明礬與加入磷酸和硫酸亞鐵結(jié)合起來是特別有用的。這些氨揮發(fā)方案中的每一種都可以與本發(fā)明所述的任何設(shè)備和方法結(jié)合使用。
組合系統(tǒng)參數(shù) 已發(fā)現(xiàn)，將低溫處理與使用沸石(或其他的氨氣吸收劑)結(jié)合起來可以實(shí)現(xiàn)特別低的氨排放。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，在較低溫度或室溫下的聲處理能達(dá)到良好的分散與致死，而不需非常高的溫度。因此，強(qiáng)聲處理與使用吸收氨氣的礦物結(jié)合起來是特別有用的，并提供了令人驚奇的良好結(jié)果。強(qiáng)聲處理、使用礦物結(jié)合料和低溫的進(jìn)一步結(jié)合是特別值得推薦的。還推薦加入氧化劑，例如臭氧。另外，通過加入吸收劑，例如帶電荷高分子量聚合物(陽離子、陰離子或兩性離子)來進(jìn)行相分離是特別理想的。為了降低成本，并且為了使最終產(chǎn)品有造土性能，該聚合物優(yōu)選地是天然產(chǎn)物，并可能在某些情況下是未純化的。例如，海藻通過簡單堿處理而制成的藻酸鹽可以用作增稠劑，以提供一種使用二價(jià)或三價(jià)陽離子(例如鈣)可以控制硬化的可泵送材料?？梢栽谌魏螘r(shí)間添加硬化劑。最理想地，在脫水步驟，或者在生產(chǎn)顆粒的步驟(如在轉(zhuǎn)鼓或旋風(fēng)分離干燥器中)，添加至少一些硬化劑。例如，可以添加氯化鈣、氫氧化鈣粉劑或其它的劑型，或者在形成濃溶液或懸浮液之后添加。
在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，采用電解方法使含有離子聚合物(和/或沸石或其他固體基質(zhì))的廢物流脫水。例如，含有褐藻膠的懸浮液可以流過電極，以讓具有足夠尺寸的陽極通過除去電荷來沉淀褐藻膠。可以采用傾析、刮除，或以其他方式除去沉淀的褐藻膠，和/或除去液體部分，以增加固體含量。
在本文前面所描述的方法中，優(yōu)選進(jìn)行強(qiáng)聲處理以得到良好的分散體。但是，在其他的步驟中也可以進(jìn)行聲處理。例如，在除去氣體步驟之前或之中采用聲處理，有利于從處理的材料中除去氣體。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，通過聲處理發(fā)生相分離。本領(lǐng)域技術(shù)人員懂得在處理過程中如何制訂和運(yùn)用相分離器聲處理步驟。兩步式聲處理方法是理想的，其中小于40千赫的低頻聲能用于將成塊材料分散，然后高于20千赫的高頻聲能用于殺死微生物。更優(yōu)選地，高頻是50-100千赫、70-150千赫、100-200千赫、200-500千赫、500千赫至2兆赫，或者甚至更高。
通常，使用較高頻率使小顆粒(如細(xì)菌)甚至更小顆粒分裂，較低頻率用于使塊破裂。在一個(gè)特別理想的具體實(shí)施方案中，在(常常較低的)功率下，用如terfenol D之類的磁阻材料進(jìn)行(一般)低頻聲處理，以使塊分裂。然后在較高頻率下使用高頻壓電材料使微生物碎裂。這一方案利用了兩類聲處理器的不同優(yōu)點(diǎn)。通常廣泛流行的磁阻裝置非常耐受，但頻率低(典型地35千赫以下)，能效低(典型地約40％)。這種壓電裝置對于負(fù)載的變化比較敏感，但可在高得多的頻率和大得多的能效條件下工作。在這個(gè)具體實(shí)施方案中，低頻和強(qiáng)聲處理將塊狀漿體轉(zhuǎn)化成比較均勻的分散體，隨后的高頻高效聲處理使微生物碎裂。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，調(diào)整高頻壓電(典型地通過選擇倍頻)，或選擇一種提供增強(qiáng)的殺滅細(xì)菌的頻率的設(shè)備。典型地，100千赫或更高的頻率在這方面是理想的。反饋控制系統(tǒng)可用于根據(jù)測量的參數(shù)調(diào)整聲功率、選擇聲驅(qū)動器，和/或選擇聲驅(qū)動器，所述參數(shù)例如是混濁度、電導(dǎo)率、背壓等。
在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，在把添加的組分添加到流動物流之前、之中或之后聲能用于將其轉(zhuǎn)化成更小的碎片。例如，沸石礦物可以有不同的尺寸，甚至在同批料內(nèi)也是如此。通過聲處理沸石，特別是在添加前并且在干燥狀態(tài)下，可以獲得較小的尺寸，這樣能比較容易地進(jìn)行反應(yīng)，還可比較容易地分散。聲能還可用于更新砂濾器或其他過濾器，所述過濾器用于澄清采用這種方法得到的水。
與其它處理步驟結(jié)合 在一個(gè)相關(guān)的具體實(shí)施方案中，污泥處理技術(shù)中已知的各種處理步驟均可與本發(fā)明具體實(shí)施方案相結(jié)合。例如電絮凝，這種方法已研究多年，可作為一個(gè)步驟添加。尤其考慮這一步驟介于聲處理步驟與絮凝步驟之間。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，在聲處理之前或之后，通過添加其他的物質(zhì)(其中包括活物質(zhì)，例如前生命期細(xì)菌)使硫化氫和/或其他散發(fā)氣味的氣體降到最低。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道的，當(dāng)污泥可能處于其最高溫度時(shí)，可在處理之前或聲處理之后往污泥中添加前生命期細(xì)菌的純培養(yǎng)物或混合培養(yǎng)物，例如Chromanium、紅螺菌屬、綠菌屬、綠曲撓絲狀菌屬和硫桿菌屬，或如US 6 410 305所述的。本發(fā)明具體實(shí)施方案的一個(gè)出乎預(yù)料的特點(diǎn)是，在本發(fā)明的某些具體實(shí)施方案中，在聲處理步驟之后，需氧或兼性需氧微生物(例如糞便大腸菌和前生命期菌)可以在許多聲處理?xiàng)l件下存活，并能繼續(xù)起作用，以降低硫化物(或其他氣體)濃度。事實(shí)上，一種或多種細(xì)菌、酶、絲蘭屬、氯化亞鐵和其他氧化劑(例如氧、鹵素氣體等)可在處理前添加到廢物設(shè)備或流動物流中的有機(jī)廢料污泥中，并且對于該處理來說可以是一種有益的添加。當(dāng)然，可以在整個(gè)處理方法的一個(gè)或多個(gè)步驟中加入其他的氧化劑、進(jìn)一步的聲處理、曝露于紫外線、電離輻射等。
整個(gè)處理在一個(gè)將豬廄肥轉(zhuǎn)化為肥料的理想的具體實(shí)施方案中，從飼養(yǎng)場收集廄肥，再將收集的廢水送到聲處理系統(tǒng)。該處理系統(tǒng)可以在飼養(yǎng)場處或在中央位置。相應(yīng)地，流動物流可直接從飼養(yǎng)場連接到聲處理系統(tǒng)，或?qū)⒃诘貐^(qū)性飼養(yǎng)場裝載的物流運(yùn)走。如上所述，在超聲波系統(tǒng)中，可以添加如沸石之類的結(jié)合料，添加任選的氧化劑，然后對物料進(jìn)行聲處理。(在其他具體實(shí)施方案中，在聲處理過程中或之后添加結(jié)合料和/或氧化劑。)在聲處理之后加入絮凝劑，并使材料脫水。在最理想的具體實(shí)施方案中，如Sheets技術(shù)所述，在運(yùn)輸容器，如ISO容器內(nèi)進(jìn)行脫水。在脫水之后(或者在某些具體實(shí)施方案中的脫水過程中)，濃縮固體可被送到制粒車間，這種材料在制粒車間接著進(jìn)行干燥并制粒以便隨后用作肥料。
圖1表示根據(jù)一種在污水池中處理污泥的具體實(shí)施方案，將流出物中的固體轉(zhuǎn)化成肥料的代表性工藝流程。在這里，來自糞池或污水池320的污泥由浮動泵322通過吸力抽出，然后進(jìn)入廢水進(jìn)料泵324。該物料經(jīng)過累計(jì)流量計(jì)326?？梢栽?28抽取樣品或檢測流動物流的特性。舉例來說，328可以包含壓電回聲儀，它發(fā)出聲音振動并且還壓電檢測這種振動的一個(gè)或多個(gè)特性，以確定固體含量。還可以檢測溫度(例如熱電偶檢測器或熱敏電阻)、鹽(以電導(dǎo)率測量的離子強(qiáng)度)和/或不透明度(光透射)。從儲罐330往流動物流中添加結(jié)合料，例如沸石。
在控制面板334的控制下，聲處理器332進(jìn)行超聲波處理，該控制面板334通過響應(yīng)在較早位置的固體的檢測，例如在取樣位置328的檢測，可以自動調(diào)整聲處理器的功率、相移、頻率、位移和/或振幅，水的添加和/或污泥流的流速。在聲處理和任選加入絮凝劑(未顯示)后，在位置336可以進(jìn)行任選取樣，并且廢物流被送入帶有過濾袋的輾軋(roll-off)箱(圖中338)中。在輾軋箱338中進(jìn)行脫水步驟時(shí)，水被除去，在340取樣，底料泵/輸送泵342將淘析物輸送經(jīng)過砂吸收過濾器344，在346取樣，然后進(jìn)入沖洗液排放池或污水池348。當(dāng)然，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道，這個(gè)流程圖的各種排列都是可能的。例如，優(yōu)選地，該砂吸收過濾器的設(shè)計(jì)與化糞場和其他加壓堆垛系統(tǒng)中作為砂濾器所采用的設(shè)計(jì)相同。在一個(gè)特別理想的具體實(shí)施方案中，輾軋箱338被另一種干燥機(jī)械取代，例如渦流干燥機(jī)，任選地，如需要采用其他脫水裝置進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，可減少絮凝劑甚至不使用絮凝劑。
圖2表示從動物廢物流出物到肥料的一個(gè)工藝流程簡圖。在這個(gè)實(shí)施例中，典型地含有1-6％固體的起始流出物505進(jìn)入廢物流。盡管在這里未表示，但在密度或固體含量(例如使用聲檢測)和/或溫度、離子強(qiáng)度和濁度測量的監(jiān)測器的控制下，可以加入水。在510加入結(jié)合料，例如沸石，并在515加入任選的氧化劑或進(jìn)行其他處理。(在每個(gè)加入步驟常常采用的混合器在圖中未標(biāo)出但卻包含于其中。)該物流進(jìn)入超聲波室520、任選的電絮凝步驟525、加入絮凝劑530，然后前進(jìn)到以土工織物作襯里的容器535。來自容器535的淘析物穿過砂和沸石過濾器540，成為可利用的550再循環(huán)/再生水。同時(shí)，在容器535中已濃縮的固體由卡車或軌道運(yùn)到空氣干燥和粉碎站555。在站555，任選地加入其他常量/微量營養(yǎng)物560。干燥和?；姆柿嫌捎诳刂萍尤霠I養(yǎng)物而可被看作是“設(shè)計(jì)肥料”，該肥料被運(yùn)輸并分配用于植物生長565。
這里描述的整個(gè)過程出乎意料地甚至在不需要加熱的情況下使不需要的微生物受到巨大破壞，這些微生物受到水質(zhì)EPA法規(guī)的控制。由于不需要高能輸入，這于提供了操作的巨大經(jīng)濟(jì)性。如圖3表所示，最初每100毫升242000MPN以上的大腸埃希桿菌，在聲處理后破壞達(dá)到每100毫升3000MPN，并且(參見圖3)在濕固體中含量低。通過這種處理，活的糞便大腸菌從每100毫升7000MPN(圖3)降到每100毫升3000MPN，而在最終產(chǎn)物中基本未檢測到。相比之下，異養(yǎng)菌在聲處理之后還存活，和/或明顯茁壯生長，聲處理前測量是每100毫升2.9百萬，而聲處理后是每100毫升3.6百萬(圖3)，每克濕固體9.95百萬CFU(圖4)，干態(tài)再懸浮后是每克3.35百萬CFU(圖4)。圖5表明各種材料參數(shù)，例如重金屬、無機(jī)物、細(xì)菌、總固體等的重復(fù)測量結(jié)果。細(xì)菌大大減少，并發(fā)現(xiàn)成品中重金屬量減少。在這些表中列出的這些數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)表明，所述處理(廢物流的聲處理，任選地包括加入氧化劑和沸石)是以需要的異養(yǎng)生物為代價(jià)，來除去不需要的有機(jī)體。
不希望被本發(fā)明這個(gè)具體實(shí)施方案的任一理論所約束，據(jù)信，聲處理步驟提供了理想的殺菌方法，此外，還弱化了其他微生物，另外改變了污泥環(huán)境，結(jié)果以適合生活在動物腸內(nèi)的有機(jī)體為代價(jià)保留異養(yǎng)生物。即，在整個(gè)處理中建立的一個(gè)或多個(gè)條件與土壤有機(jī)體(例如異養(yǎng)生物)的生存能力相容，而與許多糞便有機(jī)體的生存能力不相容。本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案提供了一種低溫方法，它選擇性破壞糞便有機(jī)體，而有利于土壤有機(jī)體。據(jù)信，在氧的存在下，并且任選地在添加的氧化劑的存在下，低溫(50、40、35攝氏度以下，更優(yōu)選地30攝氏度以下)聲處理與較低溫度干燥結(jié)合使用可得到這個(gè)值得考慮的結(jié)果，這是特別值得考慮的。腸球菌、大腸埃希桿菌、全部大腸菌、糞便大腸菌和其他在動物腸內(nèi)生活的細(xì)菌，由于在氧化劑的存在下對對聲處理用敏感而減少了，并且明顯被弱化。
表1表明實(shí)施一個(gè)具體實(shí)施方案所達(dá)到的氨和硫化氫放出的氣味急劇減少。該表前2行表明未處理樣品的結(jié)果。接下來的4行是經(jīng)過處理的，但仍處于濕的狀態(tài)。最后4個(gè)樣品已干燥。如圖所示，也取得了其他方面的改進(jìn)，如重金屬污染的改善。
表1

在一個(gè)特別理想的具體實(shí)施方案中，約5％固體的豬廢物流以每分鐘約50加侖泵送到流物物流中，并如上所述加入沸石材料。然后該混合物在一個(gè)具有3千瓦磁阻聲處理器的站進(jìn)行聲處理，這樣將廢物固體分散成細(xì)分散體。然后每小時(shí)加約16克臭氧來氧化該物流。使用190加侖大容器很好地溶解臭氧，并與每分鐘30-40加侖的處理物流接觸。臭氧處理后，添加Cesco公司(Bellingham，華盛頓)的低陽離子的高分子量PDF601丙烯酰胺聚合物干粉。接著將該物料輸送到一個(gè)大室中，該室允許更稠密的部分沉降出來。傾析富含水的部分。除去固體材料，并且濃度是約10％固體。除去的固體材料轉(zhuǎn)移到干燥器中。Global Resource Recovery Organization銷售的旋風(fēng)干燥器是優(yōu)選的，并已采用。參見US 6 506 311，其名稱是加工濕材料的方法與裝置(2003年1月14日出版)，其方法和材料非常特別地被引用以供參考。傾析的水部分通過深度至少為約3英尺的砂濾器，然后排出。
在愛荷華州對豬廢物實(shí)施上一個(gè)具體實(shí)施方案的試驗(yàn)中，采用每分鐘10加侖的再循環(huán)處理和空氣干燥方法得到表2所列的結(jié)果。采用每分鐘30-50加侖的處理和旋風(fēng)干燥法得到表3的結(jié)果。這些表列出了干固體中營養(yǎng)物的百分比，該營養(yǎng)物例如是總氮、有機(jī)氮、鈣、碳等。正如在這里所看到的，糞便大腸菌降低到非常低的水平。
表2

表3

在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，在傾析步驟之后還添加臭氧。在另一個(gè)非常有利的具體實(shí)施方案中，臭氧用于回洗砂濾器，該砂濾器用于處理排出前的傾析水。人們發(fā)現(xiàn)，臭氧處理除去了水中的毒素。
在作為二氧化碳槽使用的一個(gè)非常理想的具體實(shí)施方案中，二氧化碳?xì)怏w添加到濕廢物流中，并在處理過程中被吸收。理想地，二氧化碳是作為電源或其他工業(yè)源的廢氣得到的。例如，處理過程可靠近燃燒礦物燃料的發(fā)電廠、礦物燃料焚燒爐、鍋爐或其他燃燒源，并且富含二氧化碳的礦物燃料燃燒排放廢氣或者鼓泡加入或者以另外方式引入，或者直接引入，或者在首先通過過濾器后引入。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，使富含二氧化碳的氣體往大容器中鼓泡，其中也加入鼓泡的臭氧。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，二氧化碳?xì)怏w含有氧氣，并且處理的廢物流被混合氣體飽和達(dá)到至少10％、20％、30％、40％、50％、65％、75％、85％、90％、95％或95％以上。
在一個(gè)用于減少二氧化碳釋放的具體實(shí)施方案中，將來自礦物燃料動力發(fā)動機(jī)或其他設(shè)備的廢氣流添加到廢物流中，以讓其與其中溶解的鈣進(jìn)行反應(yīng)。理想地，這種廢氣流含有熱能，并將熱傳給廢物流。在這種情況中，有利地，溶解的二氧化碳和鈣的濃度與溫度適合于轉(zhuǎn)化成碳酸鈣沉淀物。本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過在可以除去沉淀物(例如采用傾析)的位置升至所需溫度來優(yōu)化這些適合的條件。有利地，在處理結(jié)束時(shí)，在聲處理之后，在加入任何氧化劑之后，在絮凝作用(如果使用的話)之后但在干燥步驟之前，加入礦物燃料燃燒器產(chǎn)生的富含熱二氧化碳的廢氣。因此，在一個(gè)具體實(shí)施方案中，加入富含二氧化碳的熱廢氣，該廢氣具有足夠高的二氧化碳濃度并且其熱量足以使碳酸鈣沉淀。
在另一個(gè)特別理想的具體實(shí)施方案中，采用聲分離技術(shù)可進(jìn)一步分離傾析水，以除去小顆粒，例如細(xì)胞和無機(jī)細(xì)屑。用于從流動物流中聲分離出顆粒的技術(shù)和材料例如參見下述文獻(xiàn)US 5 996 808、5 979664、5 803 270、5 523 058、5 472 620、5 395 592、RE33 524、4673 512和4 550 606。由于篇幅有限，在本說明書中沒有說明每個(gè)引用專利(作為參考文獻(xiàn)引用)關(guān)于顆粒和纖維分離方法的細(xì)節(jié)說明。特別地，希望使用US 5 472 620中詳細(xì)說明的聲分離方法，其中在施加聲能時(shí)，往材料的流體懸浮液中加入聚合物，并且聚合物的加入有利于顆粒分離。在這個(gè)具體實(shí)施方案中，含有至少一種聚合物的含水流體流到一個(gè)容器或者廢物流加大部分的位置中，并且聲能被施加到流體，其強(qiáng)度足以使流體內(nèi)產(chǎn)生空化效應(yīng)。使固體在該容器或該物流加大部分內(nèi)的至少一個(gè)位置聚集，然后聚集的固體與液體分離。
設(shè)計(jì)的土壤，池塘增效劑(builder)一個(gè)具體實(shí)施方案的大規(guī)模應(yīng)用可通過增加土壤保水性、延長土壤氮的釋放和/或添加一種或多種需要的營養(yǎng)物來顯著改善土壤的質(zhì)量。在絮凝作用和/或水與廢物流的其他分離時(shí)使用的聚合物(如聚酰胺結(jié)合水)，以及它們在通過所述方法制成的肥料中的存在由于該原因而是理想的。添加的礦物，尤其是沸石緩慢地釋放水和氮。添加聚合物和礦物的量和種類可根據(jù)特定土壤類型的要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，所考慮的具體實(shí)施方案還包括進(jìn)行過程調(diào)節(jié)的方法，本文所述方法的最終產(chǎn)品的銷售和使用。在很多情況下，固體含量為5-10％、7-12％、10-15％、20-30％或者更高的固體產(chǎn)品作為肥料或土壤增效劑出售。
在一個(gè)具體實(shí)施方案中，購買者或者潛在購買者所需要的某種類型的肥料或土壤增效劑是根據(jù)所涉及農(nóng)作物(將使用該產(chǎn)品)對礦物質(zhì)的需求來確定的。例如，一種或多種下述營養(yǎng)物在產(chǎn)品中的濃度可通過它們在任意位置添加到處理流中或者在某些情況下通過有選擇地不除去它們來進(jìn)行調(diào)節(jié)，這些營養(yǎng)物是氨、尿素、硝酸鹽、磷、鉀、銅、鉬、硒和鋅。某些營養(yǎng)物(如硒)可被添加，或者通過往家畜或其糞便中添加該元素而改變其形態(tài)，以使該元素新陳代謝。例如，把無機(jī)硒加到水和/或家畜的固體飼料(或者加到其糞便的細(xì)菌)中，可制成具有高有機(jī)硒值的肥料。舉例來說，豬(及其腸內(nèi)細(xì)菌)往往合成還原形態(tài)的硒，如三甲基硒(尿中)和硒基-甲硫氨酸(糞便中)。設(shè)計(jì)的肥料可被制成含有這種添加的有機(jī)硒，它不會很容易地從土壤中浸出。還可添加其他的元素。
正如菲律賓、越南、泰國、柬埔寨、非洲、印尼、中國、臺灣、印度、緬甸和其他地區(qū)的使用者所認(rèn)識到的，本發(fā)明的具體實(shí)施方案提供了非常好的水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘。例如由A.Dhawan和S.Kaur在TheICLARM Quarterly(Vol.25；No.1)1月-3月，2002(第11-14頁)中所描述的，豬廢物可極大地改進(jìn)一些魚種的水產(chǎn)養(yǎng)殖。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，所述方法的一個(gè)或多個(gè)特征(如殺死微生物的聲處理、任選地加入氧化劑和聚合物)在這類地區(qū)可被作為將豬廢物送回到水產(chǎn)養(yǎng)殖場之前的一個(gè)處理步驟來使用。最優(yōu)選地，經(jīng)過聲處理的廢物被加到養(yǎng)有如印度鯇和露斯塔野鯪之類的鯉魚的池塘中。對于該具體實(shí)施方案，至少涉及聲處理的流水線處理是優(yōu)選的。在聲處理之后，任選地，可以加入聚合物，例如丙烯酰胺或褐藻膠(具有鈣和其他多價(jià)陽離子)，并且將該混合物傾析以除去一些水。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，將豬的濕廢物泵送經(jīng)過聲處理池，該聲處理池至少殺死一些細(xì)菌，并將余下的細(xì)菌分散。任選地添加氧化劑并進(jìn)行培養(yǎng)。然后，加入增稠劑如藻酸鹽，并加入離子鈣和/或其他多價(jià)離子，以利于在撒布到田地或加到魚塘中之前增稠。該增稠劑有助于材料的緩慢降解，并可提供比其他方法更長時(shí)間的釋放特性。
與現(xiàn)有條件相比，這種流水線型的低成本方法可以提供明顯改進(jìn)的衛(wèi)生狀況。在一個(gè)最簡單的方法中，豬廢物通過至少一根短管流到養(yǎng)有鯉魚的池塘中，其中所述管(或管的一部分)裝有高功率聲處理器。然后，經(jīng)過聲處理的廢物流到池塘中，在那里營養(yǎng)物支持浮游動物和浮游植物的生長，這些浮游生物進(jìn)而又支持魚類的生長。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，雞的糞便排泄物經(jīng)過聲處理，從而消滅了蒼蠅幼蟲和其他有機(jī)體。優(yōu)選的聲音功率和頻率是如上所詳述的。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，在聲處理之前、之中或之后加入魚或其他池塘生物(如植物或浮游動物)所需的營養(yǎng)物。聲處理的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，許多不易溶解的物質(zhì)很容易被聲處理而懸浮，這樣在混合時(shí)可使物質(zhì)分散遍布在在整個(gè)池塘中。
每種土壤、池塘、農(nóng)場甚至農(nóng)田都具有不同的一系列條件和要求。農(nóng)場主可使用裝有一種或多種本發(fā)明所述組件的固定裝置，或者可以使用移動式廢物處理系統(tǒng)。理想地，外部部分建造、維護(hù)和運(yùn)行這種移動式廢物處理系統(tǒng)，并且通過約定可獲得該系統(tǒng)。同一團(tuán)隊(duì)可通過向流動物流添加一種或多種營養(yǎng)物來安排設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。當(dāng)農(nóng)場主將這種固體產(chǎn)品撒布到田地上時(shí)，可以采用分開的料斗將一種或多種微量營養(yǎng)物加到該過程中，并以此方式計(jì)量加到土壤里。但是，最理想地，農(nóng)場主將微量營養(yǎng)物加到家畜或其糞便中(例如通過噴灑水溶液或洗出液)，以將營養(yǎng)物轉(zhuǎn)化成在土壤中更長期存在的形式。豬廢物中的細(xì)菌可以代謝許多不同的微量營養(yǎng)物，而田地本身能進(jìn)行許多的轉(zhuǎn)化。
例如，當(dāng)農(nóng)場主指示豬廢物處理單元對其豬廢物進(jìn)行處理時(shí)，農(nóng)場主可指定一種或多種營養(yǎng)物，可將這些營養(yǎng)物加到該流動處理中，以提高肥料的價(jià)值。某些土壤可能缺乏足夠的鋅或硒，而且這些微量營養(yǎng)物不僅可以通過本發(fā)明所述的流動方法添加，而且還可以在廢物處理前添加到廢物(或動物)中，以使微生物或動物本身有機(jī)會把營養(yǎng)物轉(zhuǎn)化成所希望的形式。微量營養(yǎng)物甚至可進(jìn)入到廢水中，并提升所述水的價(jià)值。
可根據(jù)地點(diǎn)或顧客的要求來決定類似的設(shè)計(jì)的土壤增效劑，以制備具有改進(jìn)的保水性、改進(jìn)的礦物質(zhì)駐留或氮駐留的固體產(chǎn)品(或者廢水產(chǎn)品)。理想地，可以往這個(gè)過程中添加非常低成本的天然產(chǎn)品，例如沸石或藻酸鹽。在許多情況下，如在本發(fā)明所描述的，通過改進(jìn)效率或減輕氨釋放以及改進(jìn)土壤，這種產(chǎn)品有利于這個(gè)過程。
設(shè)計(jì)的殺蟲劑、殺真菌劑在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，礦物質(zhì)或微生物被添加到處理流中，或者在處理之前添加到廢物中，以提高作為殺生物劑的固體的價(jià)值。例如，高含量鋅、鐵和/或鉬應(yīng)用于植物時(shí)，被認(rèn)為是抗Pierce病的。如U.C.Davis的Bruce Kirkpatrick的著作中所描述的，Pierce病起因于細(xì)菌感染，它對應(yīng)用這樣的無機(jī)物非常敏感。通過在這個(gè)過程中添加高含量的一種或多種這些營養(yǎng)物，可制成一種材料，該材料不僅將營養(yǎng)物提供給土壤，而且還能抑制Pierce病細(xì)菌。在另一具體實(shí)施方案中，在微生物被聲處理殺死后，可加入一種或多種希望的細(xì)菌或真菌，它們最終會利用釋放的營養(yǎng)物生長。這些有機(jī)體包括由DavisCalifornia的Agraquest發(fā)現(xiàn)的生物體。在本發(fā)明的具體實(shí)施方案中，在這個(gè)流動過程之前或之中，添加下述任一專利中所確定的一種或多種微生物菌株US 6 586 231、6 524 577、6 291 426、6 245 551、6 210 665、6 077 506、6 060 051、6 027 723、6 015 553、6 001637、5 919 447、5 906 818、5 869 042、5 733 544、5 691 191和5 645 831。在這些引用的專利中提供的有益微生物的識別和描述特別地作為參考加以引用。
本發(fā)明所參考的每個(gè)專利和其他出版物都特別地被本文完全引用以供參考。
權(quán)利要求
1.一種從濕污泥中除去揮發(fā)性氣體的方法，該方法包括a)添加沸石至其濃度為每加侖污泥至少0.05克；b)用超聲波能量處理以釋放污泥中的揮發(fā)性氣體，以便與沸石結(jié)合；以及c)通過絮凝作用除去沸石。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中沸石是斜發(fā)沸石。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中斜發(fā)沸石含有至少0.5％的氧化鈣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中向每克干污泥物施用小于2瓦時(shí)的超聲波能量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中向每克干污泥物施用小于0.1瓦時(shí)的超聲波能量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中揮發(fā)性氣體選自氨、氮化合物、硫化合物和硫化氫。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中動物廢物選自人的腐敗性廢物、人的污物、豬的廢物流出物、雞的廢物流出物、牛的廢物流出物、鴨的廢物流出物和火雞的廢物流出物。
8.一種使污泥廢物流中的厭氧細(xì)菌失活的方法，該方法包括a)往廢物流中添加沸石；b)往廢物流中添加氧化劑；c)用超聲波能量處理被氧化的廢物流；d)除去廢物流中的固體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中該沸石是斜發(fā)沸石。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中斜發(fā)沸石含有至少0.5％氧化鈣。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中向每克干污泥物施用小于2瓦時(shí)的超聲波能量。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中通過絮凝作用除去固體。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中動物廢物選自人的腐敗性廢物、豬的廢物流出物、雞的廢物流出物、牛的廢物流出物、鴨的廢物流出物和火雞的廢物流出物。
14.一種將含水污泥經(jīng)濟(jì)濃縮成更有用形式的低能量方法，該方法包括a)向污泥中添加沸石；b)使用每克污泥中的固體為0.001-8.0瓦時(shí)的超聲波能量處理加沸石的污泥；c)添加絮凝劑至經(jīng)超聲波處理的污泥中；并且d)采用至少一種下述方法脫水i)把用絮凝劑處理的污泥放入土工織物中；ii)把污泥放到旋風(fēng)干燥器中；和c)通過溶解空氣浮選法處理該污泥。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中該沸石是斜發(fā)沸石。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中該沸石添加的比率以該污泥中固體物重量計(jì)為0.1-2.5重量％。[14注每加侖127克固體添加0.89克沸石＝0.007沸石與固體比(添加0.7％沸石)]
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中該沸石添加的比率以該污泥中固體物重量計(jì)為至少0.5重量％。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中該沸石添加的比率以該污泥中固體物重量計(jì)為至少0.75重量％。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中以每克為小于0.1瓦時(shí)來施用超聲波能量。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中在污泥流動物流中至少實(shí)施步驟b)和c)。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中添加絮凝劑至最終濃度是10-1000ppm。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中添加絮凝劑至最終濃度是至少500ppm干重。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中添加絮凝劑至最終濃度是至少500ppm干重。
24.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中土工織物的標(biāo)稱篩孔尺寸為10-1000微米。
25.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中土工織物的標(biāo)稱篩孔尺寸為10-1000微米。
26.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中土工織物的標(biāo)稱篩孔尺寸為25-150微米。
27.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中該污泥在任何時(shí)間均保持低于40攝氏度。
28.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中該污泥在任何時(shí)間均保持低于30攝氏度。
29.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中在加入沸石之前，該污泥含有小于5％的固體，并且在土工織物中通過重力作用濃縮到至少8％的固體。
30.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中在加入沸石之前，該污泥含有小于5％的固體，并且在土工織物中通過重力作用濃縮到至少16％的固體。
31.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括在超聲波處理之前添加氧化劑。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中該氧化劑是臭氧。
33.如權(quán)利要求14所述的低能量方法，其中在土工織物中的處理的污泥被置于真空下，以進(jìn)一步除去水。
34.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中使用卡車或軌道車將土工織物中的處理的污泥輸送到用于進(jìn)行空氣干燥和粉碎成肥料的地點(diǎn)。
35.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中動物廢物選自人的腐敗性廢物、豬的廢物流出物、雞的廢物流出物、牛的廢物流出物、鴨的廢物流出物和火雞的廢物流出物。d)通過絮凝作用從廢物流中除去固體。
36.一種污泥流動物流處理系統(tǒng)，用于選擇性地將厭氧細(xì)菌失活并產(chǎn)生小的固體顆粒，該系統(tǒng)包括a)具有含水污泥的輸入和氧化劑的輸入的流動物流；b)泵；c)氧化器；d)高于1千瓦輸出的超聲波發(fā)生器，以及e)輸出；其中該污泥含有0.1-10％的固體材料，并且作為流動物流以每分鐘至少1加侖的流動速度經(jīng)過處理設(shè)備。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中該氧化器是臭氧發(fā)生器。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中超聲波發(fā)生器產(chǎn)生大于2.5千瓦的能量。
39.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，還包括在聲處理之前將沸石加到流動物流中的入口。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中該沸石是斜發(fā)沸石。
41.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中斜發(fā)沸石含有至少0.5％的氧化鈣。
42.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中每克干污泥物施用小于2瓦時(shí)的超聲波能量。
43.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中每克干污泥物施用小于0.1瓦時(shí)的超聲波能量。
44.一種使糞便排泄物脫水的系統(tǒng)，包括聲處理器、絮凝劑和脫水裝置，其中聲處理器與糞便排泄物接觸，并在活化作用下使糞便排泄物中產(chǎn)生更小更均勻的顆粒，然后往經(jīng)過聲處理的糞便排泄物中添加絮凝劑，并且絮凝劑和廢物合并物進(jìn)一步用脫水裝置處理以除去水。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的系統(tǒng)，其中該脫水裝置選自允許淘洗物通過袋的土工織物；和旋風(fēng)干燥器。
46.一種殺死污泥流或分批樣品中的糞便細(xì)菌的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括活性氧源和至少3千瓦的高功率聲處理器，其中往污泥流或分批樣品中添加活性氧，然后所述聲處理器將樣品激活到至少殺死或弱化樣品中的糞便細(xì)菌。
47.根據(jù)權(quán)利要求45所述的系統(tǒng)，其中活性氧是臭氧。
48.一種殺死污泥流或分批樣品中的糞便細(xì)菌的方法，包括往污泥流或分批樣品中添加活性氧源，并且用至少3千瓦的高功率聲處理器對得到的混合物進(jìn)行聲處理，以制成更均勻的糞便細(xì)菌的分散體。
49.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中活性氧是臭氧。
50.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，還包括在低溫下干燥污泥的步驟。
51.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其中該溫度不高于40攝氏度。
52.一種殺死污泥流或分批樣品中的糞便細(xì)菌的方法，包括用聲處理器對細(xì)菌進(jìn)行聲處理，以形成更均勻的分散體；并在低溫下干燥細(xì)菌。
53.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，其中該污泥保持低于40攝氏度。
全文摘要
動物廢物，例如豬、雞、火雞和牛的糞便排泄物被轉(zhuǎn)化成有用的形式，例如肥料、其他類型的土壤增效劑，甚至是營養(yǎng)性飼料添加劑。提供的設(shè)備、系統(tǒng)和方法能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)化，而且在許多情況下可減輕不需要?dú)怏w(例如硫化物和氨)的產(chǎn)生和釋放。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，不需要的厭氧和兼性厭氧細(xì)菌被殺死的速度高于與土壤相容的所需的需氧菌的速度。采用低溫殺滅的方法可減少通常其他技術(shù)會存在的放出氣體的問題，并且采用氣體捕集添加劑(例如沸石)提高了土壤增效質(zhì)量，例如緩慢釋放氮并且向土壤緩慢釋放水分。這些方法能方便地調(diào)節(jié)組成，以將廢物轉(zhuǎn)化成適合于特定土壤的專門設(shè)計(jì)的肥料。其他的具體實(shí)施方案提供了其他的土壤增效質(zhì)量，并為動物飼養(yǎng)(例如水產(chǎn)養(yǎng)殖)中使用的飼料提供了營養(yǎng)質(zhì)量。
文檔編號C02F11/14GK1732131SQ200380107394
公開日2006年2月8日 申請日期2003年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月25日
發(fā)明者理查德·G·大希茨 申請人:理查德·G·大希茨